燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力計(jì)算圖文PPT課件

1、6.16.1 管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程式管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程式 決定燃?xì)饬鲃?dòng)狀態(tài)的參數(shù)為：壓力P、密度和流速W，均沿管長(zhǎng)隨時(shí)間變化，它們是距離x和時(shí)間的函數(shù)，即: (一) 運(yùn)動(dòng)方程： (二) 連續(xù)性方程： (三) 氣體狀態(tài)方程： ),(),(),(xWWxxPP2sin)()(22WdgxPxWW0)(xWRTZP第1頁/共68頁 運(yùn)動(dòng)方程的基礎(chǔ)是牛頓第二定律，對(duì)于微小體積(或稱元體積)的流體可寫為：微小體積流體動(dòng)量的改變量等于作用于該流體上所有力的沖量之和，即第2頁/共68頁第3頁/共68頁 (一) 運(yùn)動(dòng)方程： (二) 連續(xù)性方程： (三) 氣體狀態(tài)方程： 2sin)()(22WdgxP

2、xWW0)(xWRTZP第4頁/共68頁 從工程觀點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)方程中的慣性項(xiàng)和對(duì)流項(xiàng)在大多數(shù)情況下均可忽略不計(jì)，這是因?yàn)閼T性項(xiàng)只在管道中燃?xì)饬髁侩S時(shí)間變化極大時(shí)才有意義，而對(duì)流項(xiàng)只在燃?xì)饬魉贅O大時(shí)（接近聲速）才有意義。通常管道中燃?xì)饬魉俨淮笥?0-40m/s，且流量變化的程度也不太大。此外，在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中，當(dāng)標(biāo)高的差值不太大時(shí)，運(yùn)動(dòng)方程中的重力項(xiàng)一般也可以忽略不計(jì)。第5頁/共68頁 管道內(nèi)壓力越高，則燃?xì)獾拿芏仍酱?，重力?xiàng)值就越大。在低壓管道中，計(jì)算壓力降很小。當(dāng)燃?xì)夂涂諝饷芏认嗖钶^大時(shí)，附加壓頭值有時(shí)是較大的，在計(jì)算高層建筑室內(nèi)燃?xì)饬⒐軙r(shí)必須考慮。第6頁/共68頁( (四四) ) 簡(jiǎn)化方程組簡(jiǎn)

3、化方程組RTZPxWCPWdxP)(222第7頁/共68頁二、燃?xì)夤艿纼?nèi)燃?xì)夥€(wěn)定流方程式二、燃?xì)夤艿纼?nèi)燃?xì)夥€(wěn)定流方程式 000WPRTZPWWdxP常數(shù)22除單位時(shí)間內(nèi)輸氣量波動(dòng)大的超高壓天然氣長(zhǎng)輸管線，要用不穩(wěn)定流進(jìn)行計(jì)算外，在大多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)城市燃?xì)夤艿罆r(shí)燃?xì)饬鲃?dòng)的不穩(wěn)定性可不予考慮。 第8頁/共68頁第9頁/共68頁得到： 高、低壓(Pa)燃?xì)夤艿赖幕居?jì)算公式 用于低壓燃?xì)?，上式?jiǎn)化為： 對(duì)于低壓燃?xì)猓?采用習(xí)慣采用單位kPa，并考慮城市燃?xì)夤艿缐毫σ话阍?.6MPa以下，ZZ0=1，則高、中燃?xì)夤艿篮偷蛪喝細(xì)夤艿烙?jì)算公式為：ZTTdQLPP05201022211027. 10520

4、71026. 6TTdQlPLZZTTPdQPP0000520222162. 1mPPPPPPPP2)(212122210PPmLZZTTdQLZZTTPPdQPPm00052000005202181. 0262. 1第10頁/共68頁三、燃?xì)夤艿赖哪Σ磷枇ο禂?shù)三、燃?xì)夤艿赖哪Σ磷枇ο禂?shù) 概念：它是反映管內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)摩擦阻力的確個(gè)無因次系數(shù)，其值與燃?xì)庠诠艿纼?nèi)的流動(dòng)狀況，燃?xì)庑再|(zhì)，管材(內(nèi)壁粗糙度)及連接方法，安裝質(zhì)量有關(guān)。 不同流態(tài)區(qū)的摩阻系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)及半經(jīng)驗(yàn)公式 （一）層流區(qū)：（二）臨界區(qū)： ),(dRfe)2100ReRe64；（)3500Re2100(Re0025. 03；第11頁/共68

5、頁（三）紊流區(qū)（三）紊流區(qū)1.適用于整個(gè)紊流區(qū)的通用公式： 柯列勃洛克公式： 阿里特蘇里公式： 謝維列夫公式：2.適用于一定流態(tài)區(qū)的專用公式：（1）水力光滑區(qū) 尼古拉茨公式： )Re51. 27 . 3(211dg25. 0)Re68(11. 0d)()Re(11用于新鑄鐵管mmmBdA237. 0Re0221. 00032. 065103Re108 . 0)(Re211g7/8)(2 .22Re4000d第12頁/共68頁謝維列夫公式：謝維列夫公式： 對(duì)于新鋼管： 對(duì)于新鑄鐵管： 過渡區(qū) 對(duì)于新鋼管：對(duì)于新鑄鐵管： 阻力平方區(qū)尼古拉茨半經(jīng)驗(yàn)公式：謝維列夫公式：對(duì)于新鋼管： 對(duì)于新鑄鐵管： 2

6、26. 021Re25. 0KK284. 01Re77. 0K226. 06226. 021)109 . 1 (23. 0WVdKK6104 . 2VW284. 06284. 01)1055. 0(75. 0WVdK6107 . 2VW2)7 . 3lg(21d8/9)(597Red226. 0216121. 0104 . 2dKKVW284. 0160143. 0107 . 2dKVW第13頁/共68頁城市燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式和計(jì)算圖表城市燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式和計(jì)算圖表一、低壓燃?xì)夤艿滥Σ磷枇p失計(jì)算公式（一）層流狀態(tài)(Re3500) (Re3500) 鋼管 鑄鐵管 25. 0)Re68(1

7、1. 0d0052025. 006)2 .192(109 . 6TTdQQdvdlP284. 00)51581(12. 0Qdvd00520284. 006)51581(104 . 6TTdQQdvdlP第15頁/共68頁二、高、中壓燃?xì)夤艿滥Σ磷枇p失計(jì)算公式二、高、中壓燃?xì)夤艿滥Σ磷枇p失計(jì)算公式 （一）鋼管、塑料管（二）鑄鐵管 25. 0)Re68(11. 0d0052025. 0092221)2 .192(104 . 1TTdQQdvdLPP284. 00)51581(12. 0Qdvd0052084. 0092221)51581(103 . 1TTdQQdvdLPP第16頁/共68頁

8、三、燃?xì)夤艿滥Σ磷枇p失計(jì)算圖表三、燃?xì)夤艿滥Σ磷枇p失計(jì)算圖表 第17頁/共68頁第18頁/共68頁第19頁/共68頁第20頁/共68頁五、燃?xì)夤艿谰植孔枇p失和附加壓頭五、燃?xì)夤艿谰植孔枇p失和附加壓頭 （一）局部阻力損失 當(dāng)燃?xì)饬鹘?jīng)三通、彎頭、變徑管、閥門等管道附件時(shí)，由于幾何邊界的急劇改變，燃?xì)饬骶€的變化，必然產(chǎn)生額外的壓力損失，稱之為局部阻力損失。 22WP第21頁/共68頁 局部阻力損失也可用當(dāng)量長(zhǎng)度來計(jì)算，各種管件折成相同管徑管段的當(dāng)量長(zhǎng)度L2可按下式確定： 對(duì)于=1時(shí)各不同直徑管段的當(dāng)量長(zhǎng)度可按下法求得：根據(jù)管段內(nèi)徑、燃?xì)饬魉偌斑\(yùn)動(dòng)粘度求出Re，判別流態(tài)后采用不同的摩阻系數(shù)的計(jì)

9、算公式，求出值，而后可得： 實(shí)際工程中通常根據(jù)此式，對(duì)不同種類的燃?xì)庵瞥蓤D表，見圖6-6，可查出不同管徑不同流量時(shí)的當(dāng)量長(zhǎng)度。 管段的計(jì)算長(zhǎng)度L可由下式求得 dLWdLdP2222dl 22121lLLLL第22頁/共68頁第23頁/共68頁（二）附加壓頭（二）附加壓頭 由于燃?xì)馀c空氣的密度不同，當(dāng)管段始末端存在標(biāo)高差值時(shí)，在燃?xì)夤艿乐袑a(chǎn)生附加壓頭，其值由下式確定： 當(dāng)附加壓頭為正值時(shí)，會(huì)減少壓力降，有助于燃?xì)饬鲃?dòng)；當(dāng)附加壓頭為負(fù)值時(shí)，阻礙燃?xì)饬鲃?dòng)。 計(jì)算室內(nèi)燃?xì)夤艿兰暗孛鏄?biāo)高變化相當(dāng)大的室外或廠區(qū)的低壓燃?xì)夤艿?，?yīng)考慮附加壓頭。HgPga)(第24頁/共68頁第25頁/共68頁第26頁/共

10、68頁6.2 建筑燃?xì)庀到y(tǒng)的水力計(jì)算 在進(jìn)行建筑燃?xì)庀到y(tǒng)水力計(jì)算時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)土建、給排水、采暖及電氣等各專業(yè)的平面圖和系統(tǒng)圖選定并布置燃?xì)獗怼⒂脩羧細(xì)庥镁吆腿細(xì)夤艿?，畫出燃?xì)庀到y(tǒng)圖。利用同時(shí)工作系數(shù)法計(jì)算確定各管段 的計(jì)算流量。自引入管到各燃具之間的壓力降，其最大值即為建筑燃?xì)庀到y(tǒng)的總壓降。第27頁/共68頁 例題6-1試做六層住宅樓的建筑燃?xì)庀到y(tǒng)的水力計(jì)算，燃?xì)夤艿赖牟贾靡妶D6-6和圖6-7，每家用戶裝雙眼灶一臺(tái)，額定熱負(fù)荷4.82kW，燃?xì)鉄嶂禐?8MJ/m3，燃?xì)饷芏?0.45kg/m3，運(yùn)動(dòng)黏度=2510-6 m2/s.第28頁/共68頁室內(nèi)燃?xì)夤艿烙?jì)算室內(nèi)燃?xì)夤艿烙?jì)算方法和步驟方法

11、和步驟(1)先選定和布置用戶燃具，并畫出管道系統(tǒng)圖。(2)將各管段按順序編號(hào)，凡是管徑變化或流量變化處均應(yīng)編號(hào)。(3)求出各管段的額定流量，根據(jù)各管段供氣的用具數(shù)得同時(shí)工作系數(shù)值，可求出各管段的計(jì)算流量。(4)由系統(tǒng)圖求得各管段的長(zhǎng)度，并根據(jù)計(jì)算流量預(yù)選各管段的管徑。(5)算出各管段的局部阻力系數(shù)，求出其當(dāng)量長(zhǎng)度，可得管段的計(jì)算長(zhǎng)度，根據(jù)管段計(jì)算流量及已定管徑，查圖6-6求得=1時(shí)的t2，求d/。 第29頁/共68頁(6) 由燃?xì)饷芏冗M(jìn)行水力計(jì)算修正：(7) 計(jì)算各管段的附加壓頭(8) 求各管段的實(shí)際壓力損失 (9) 求室內(nèi)燃?xì)夤艿赖目倝毫担藢?shí)總壓力降與規(guī)范要求標(biāo)準(zhǔn)。 (10) 若總壓力降

12、與允許的計(jì)算壓力降相比較，不合適，則可改變個(gè)別管段的管徑以滿足要求。 gasLPLP1)(HgPgaf)()(gagHP第30頁/共68頁第31頁/共68頁第32頁/共68頁 從結(jié)果可知，系統(tǒng)最大壓降值是從用戶引入管至用具14，通過計(jì)算，各管段的管徑均可確定。第33頁/共68頁課后作業(yè) 某多層住宅，已知燃?xì)馐覂?nèi)立管終端標(biāo)高15m，引入管始端標(biāo)高-0.6m，燃?xì)饷芏?.71kg/Nm3，引入管起點(diǎn)壓力P1=1100Pa，燃?xì)庥善瘘c(diǎn)到終點(diǎn)的總阻力損失為80Pa，計(jì)算附加壓頭及立管終端壓力P2。 第34頁/共68頁6.36.3 燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)計(jì)算流量燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)計(jì)算流量 一、燃?xì)夥峙涔芏斡?jì)算流量的確定

13、 燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)各管段根據(jù)連接用戶的情況，分為三種： 只有轉(zhuǎn)輸流量的管段 只有途泄流量的管段 有轉(zhuǎn)輸、途泄流量的管段 第35頁/共68頁二、變負(fù)荷低壓分配管段計(jì)算流量 在設(shè)計(jì)低壓分配管網(wǎng)時(shí)，一般只能獲得街坊或區(qū)域的總的用氣負(fù)荷，各用戶用氣的原始資料無法詳盡，在確定管段計(jì)算流量時(shí)，一般應(yīng)首先確定途泄流量的大小。第36頁/共68頁1途泄流量的Q1的確定 在城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)計(jì)算途泄流量時(shí)，可做如下假設(shè)： （1）途泄流量Q1沿管段均勻輸出； （2）途泄流量只包括大量的居民用戶和小型公共建筑類商業(yè)用戶。若該管段上連有負(fù)荷較大的用戶，應(yīng)當(dāng)作集中負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。 （3）供氣區(qū)域內(nèi)居民用戶和小型公共建筑類商業(yè)用戶的負(fù)

14、荷時(shí)均勻分布的。第37頁/共68頁按上述假設(shè)，途泄流量可確定為： 1）在供氣范圍內(nèi)按不同居民人口密度劃分成小區(qū)。 2）分別計(jì)算各小區(qū)用氣量。即 Qz=Ne 3)計(jì)算各小區(qū)管段單位長(zhǎng)度途泄流量為：qz=Qz/L 4）求各管段的途泄流量，即：Q1=qz.L第38頁/共68頁二、途瀉流量的計(jì)算二、途瀉流量的計(jì)算 途泄流量只包括大量的居民用戶和小型公共建筑用戶。用氣負(fù)荷較大的公共建筑或工業(yè)用戶應(yīng)作為集中負(fù)荷來進(jìn)行計(jì)算。 以圖6-9所示為例，各管段的途瀉流量計(jì)算步驟如下： （一）將供氣范圍劃分為若干小區(qū) 根據(jù)該區(qū)域內(nèi)道路、建筑物布局及居民人口密度等劃分為A、B、C、D、E、F小區(qū)，并布置配氣管道1-2、

15、2-3。 （二）分別計(jì)算各小區(qū)的燃?xì)庥昧?分別計(jì)算各小區(qū)居民用氣量、小型公共建筑及小型工業(yè)用氣量，其中居民用氣量可用居民人口數(shù)乘以每人每小時(shí)的燃?xì)庥?jì)算流量e（m3(人.h)）求得。 (三）汁算各管段革位長(zhǎng)度途泄流量 汁算中可以認(rèn)為，途泄流量是沿管段均勻輸出的，管段單位長(zhǎng)度的途泄流量為 LQq1第39頁/共68頁 圖6-9中A、B、C各小區(qū)管道單位長(zhǎng)度途瀉為：733211211221616554433221LLLQqLLQqLLLLLLQqCCBBAA第40頁/共68頁（四）求管段途泄流量（四）求管段途泄流量 管段途瀉流量等于單位長(zhǎng)度途瀉流量乘以該管段長(zhǎng)度；需同時(shí)向兩側(cè)供氣時(shí)，其途瀉流量為兩側(cè)的

16、單位長(zhǎng)度途瀉流量之和乘以該管段長(zhǎng)度。 圖6-9中各管段的途瀉流量如下：61611848413232121211)()()(LqQLqqQLqqQLqqQAEDCABA第41頁/共68頁例題 如下圖所示的區(qū)域燃?xì)夤芫W(wǎng)，各管段長(zhǎng)度如圖所示（m）。人口密度為600人/公頃，每人每小時(shí)的燃?xì)庥昧繛?.06Nm3，節(jié)點(diǎn)上有集中負(fù)荷Qs=100Nm3/h，計(jì)算各管段的途泄流量。 第42頁/共68頁第43頁/共68頁變負(fù)荷管段的計(jì)算流量的確定 確定原則是用計(jì)算流量Q求得的管段壓力降應(yīng)與變負(fù)荷管段的實(shí)際壓力降相等。計(jì)算流量Q可用式6-23表示： Q=Q1Q2第44頁/共68頁第45頁/共68頁第46頁/共68

17、頁第47頁/共68頁第48頁/共68頁取不同的n和x所得值列于下表第49頁/共68頁 對(duì)于燃?xì)夥峙涔艿?，一管段上的分支管?shù)一般不小于5一10個(gè)，a值在0.31.0的范圍內(nèi)，從上述兩表中所得數(shù)值可以看出，此時(shí)系數(shù)。在0.5-0.6之間，水力計(jì)算公式中冪指數(shù)等于1.752.0時(shí)，a值的變化并不大，實(shí)際計(jì)算中均可采用平均值a0.55。 故燃?xì)夥峙涔艿赖挠?jì)算流量公式為 Q=Q1+Q2=0.55Q1+Q2 第50頁/共68頁 變流量分配 計(jì)算流量公式：Q=Q1+Q2=0.55Q1+Q2 由上式可見，燃?xì)夥峙涔艿揽煽醋髟诮K端有一集中負(fù)荷，流量為Q，則其壓力降等于實(shí)際上既有轉(zhuǎn)輸流量，又有途泄流量的該管段的壓

18、力降。因此，途泄流量?？煽醋飨喈?dāng)于兩個(gè)集中流量值，即在管段始端為0.45Q1，而在終端為0.55Q1。 第51頁/共68頁節(jié)點(diǎn)流量節(jié)點(diǎn)流量 在用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行燃?xì)猸h(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，常把途泄流量轉(zhuǎn)化成來表示。這樣，假設(shè)沿管線不再有流量流出，即管段中的流量不再沿管線變化，它產(chǎn)生的管段壓力降與實(shí)際壓力降相等。 由式Q=Q1Q2 可知，與管道途泄流量Q1相當(dāng)?shù)挠?jì)算流量，可由管道終端節(jié)點(diǎn)流量為Q1和始端節(jié)點(diǎn)流量為（l-）Q1來代替。第52頁/共68頁(1)當(dāng)取0.55時(shí)，管道始端i、終端j的節(jié)點(diǎn)流量分別為：(2)圖6-10各節(jié)點(diǎn)流量為：1. jijjiiQqQq1155. 045. 016156164

19、512515615341451434132133212512112211161145. 045. 045. 045. 055. 045. 055. 055. 055. 045. 055. 055. 045. 055. 0QQqQQQqQQqQQqQQQqQQq第53頁/共68頁 (3)管段上所接的大型用戶為集中流量，也可轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)流量。根據(jù)集中流量離該管段兩端節(jié)點(diǎn)的距離，近似地按按比例分配于兩端節(jié)點(diǎn)上。 第54頁/共68頁6.46.4 管網(wǎng)水力計(jì)算管網(wǎng)水力計(jì)算 一、枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算（一）環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算特點(diǎn)特點(diǎn)(1)管段數(shù)P和節(jié)點(diǎn)數(shù)m的關(guān)系：p=m-1。(2)流量分配方案是唯一的，任一管段的流

20、量都為該管段后所有節(jié)點(diǎn)流量之和 。(3)枝狀管網(wǎng)管段直徑改變，只導(dǎo)致管道終點(diǎn)壓力改變，并不影響管段流量變化。枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算中各管段的未知數(shù)只有直徑和壓力降兩個(gè)。 第55頁/共68頁（二）枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算計(jì)算步驟（二）枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算計(jì)算步驟 (1)確定管網(wǎng)各管段的計(jì)算流量(2)計(jì)算單位長(zhǎng)度的允許壓力降(3)預(yù)選管徑(4)根據(jù)所選管徑求摩擦阻力損失和局部阻力損失，計(jì)算總壓降(5)檢查計(jì)算結(jié)果，比較總壓降是否超出允許范圍 第56頁/共68頁二、環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算二、環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算（一） 環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算特點(diǎn) 管段數(shù)P，節(jié)點(diǎn)數(shù)m和環(huán)數(shù)n的關(guān)系：p=m+n-1 流量分配方案不是唯一的。這是因?yàn)榄h(huán)狀管

21、網(wǎng)任一管段的燃?xì)饪捎啥鄺l管道供氣，管道流量是可以再分配的。再分配燃?xì)饬髁繒r(shí)，必須保證每一節(jié)點(diǎn)的燃?xì)膺B續(xù)流動(dòng)，即流向節(jié)點(diǎn)的流量必須等于流離節(jié)點(diǎn)的流量。 環(huán)狀管網(wǎng)管段直徑改變，會(huì)導(dǎo)致管道壓力和流量的改變，因此環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算中各管段的未知數(shù)有直徑、壓力降和流量三個(gè)。 第57頁/共68頁環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算原理 （1）每一管段的壓力降 (2)節(jié)點(diǎn)流量 （3）每個(gè)環(huán)的壓力降之和 （4）計(jì)算壓力降等于從管網(wǎng)源點(diǎn)至零點(diǎn)各管段壓力降之和。0PPiiiaiiildQKP0nP第58頁/共68頁（二）環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算步驟（二）環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算步驟 (1)繪制管網(wǎng)平面示意圖，對(duì)節(jié)點(diǎn)、管段、環(huán)網(wǎng)編號(hào)，并標(biāo)明管道長(zhǎng)度，集中負(fù)荷，氣源或調(diào)壓站位置等。(2)計(jì)算管網(wǎng)各管段的途泄流量。(3)按氣流沿最短路徑從供氣點(diǎn)流向零點(diǎn)的原則，擬定環(huán)網(wǎng)各管段中的燃?xì)饬飨颉?4)從零點(diǎn)開始