流體輸配管網(wǎng)_氣體輸配管網(wǎng)水力特征與水力計算

1、2.12.1氣體管流水力特征氣體管流水力特征2.1.12.1.1氣體重力管流水力特征氣體重力管流水力特征v豎管內的重力流豎管內的重力流例例1 1：如右圖示：如右圖示管內氣體由管內氣體由1 1流向流向2 2斷面，能量方程為：斷面，能量方程為：212221221122PvPHHgvPjaj其中：其中：P Pj1j1=0=0， P Pj2j2=0=0， v v1 1=0=0，上式，上式變?yōu)椋鹤優(yōu)椋?122122PvHHga2.1 氣體管流水力特征* *結論：結論：流動損失的壓力來源于進出口之間的流動損失的壓力來源于進出口之間的位壓。位壓。位壓動力大小取決于管道進出口高差位壓動力大小取決于管道進出口高

2、差和內外氣體密度差和內外氣體密度差當密度小于室外空氣密度，流動向上；當密度小于室外空氣密度，流動向上；當密度大于室外空氣密度，流動向下。當密度大于室外空氣密度，流動向下。vU U形管內的重力流形管內的重力流例例2 2：如右圖示，假設管內氣體由：如右圖示，假設管內氣體由1 1流向流向2 2斷面，斷面斷面，斷面1 1和和D D間能量方程為：間能量方程為：DDjDajPvPHHgvP122211211122以上兩式相加得：以上兩式相加得：22211212221221vPvHHg斷面斷面D D 和和2 2之間的能量方程為：之間的能量方程為：222221222222DjaDjDPvPHHgvP* *結論

3、：結論：U U型管道內的氣體流動動力取決于兩豎型管道內的氣體流動動力取決于兩豎直管段內的氣體密度差（直管段內的氣體密度差（1 1 2 2）和管道高度（和管道高度（H H2 2H H1 1）之積。）之積。密度相對較大的豎管內氣體下流，相密度相對較大的豎管內氣體下流，相對較小的豎管內氣體上流。對較小的豎管內氣體上流。v閉式環(huán)型管內的重力流閉式環(huán)型管內的重力流例例3 3：如把例：如把例2 2圖變?yōu)橛覉D，形成圖變?yōu)橛覉D，形成封閉循環(huán)管道，其能量方程為：封閉循環(huán)管道，其能量方程為：lPHHg1221* *結論：結論：無機械動力的閉式管道中，流動動力取決無機械動力的閉式管道中，流動動力取決于兩豎直管段內的

4、氣體密度差（于兩豎直管段內的氣體密度差（1 1 2 2）和管道高度（和管道高度（H H2 2H H1 1）之積。）之積。密度相對較大的豎管內氣體下流，相對較密度相對較大的豎管內氣體下流，相對較小的豎管內氣體上流。小的豎管內氣體上流。* *結論：結論：無機械動力的閉式管道中，流動動力取決無機械動力的閉式管道中，流動動力取決于兩豎直管段內的氣體密度差（于兩豎直管段內的氣體密度差（1 1 2 2）和管道高度（和管道高度（H H2 2H H1 1）之積。）之積。密度相對較大的豎管內氣體下流，相對較密度相對較大的豎管內氣體下流，相對較小的豎管內氣體上流。小的豎管內氣體上流。2.1.22.1.2氣體壓力管

5、流水力特征氣體壓力管流水力特征 當管道內部、管道內外不存在密度差，當管道內部、管道內外不存在密度差，或是水平管網(wǎng)，則有：或是水平管網(wǎng)，則有： g g（a a-）（）（H H2 2-H-H1 1）= 0= 0即位壓為零，則式：即位壓為零，則式：212221221122PvPHHgvPjaj變?yōu)椋鹤優(yōu)椋?122221122PvPvPjj即：即：2121PPPqq結論結論1 1： 位壓為位壓為0 0的管道中，兩斷面之間的的管道中，兩斷面之間的流動阻力等于兩斷面間的全壓差。流動阻力等于兩斷面間的全壓差。對公式：對公式：2122221122PvPvPjj變?yōu)椋鹤優(yōu)椋?212221122jjPvvPP*

6、*結論結論：當管段中沒有外界動力輸入時，下游斷面的全當管段中沒有外界動力輸入時，下游斷面的全壓總是低于上游斷面的全壓；壓總是低于上游斷面的全壓； 當當 下游斷面的靜壓低于上游斷下游斷面的靜壓低于上游斷 面的靜壓；面的靜壓； 當當 兩斷面的靜壓相等兩斷面的靜壓相等 當當 下游斷面的靜壓大于上游斷下游斷面的靜壓大于上游斷面的靜壓面的靜壓022212221vvP022212221vvP022212221vvP2.1.32.1.3壓力和重力綜合作用下的氣體管流水力特征壓力和重力綜合作用下的氣體管流水力特征由由 211221)(PHHgPPaqq得得：212221221122PvPHHgvPjaj12

7、H2H1壓力作用重力作用結論：結論： 第一項兩斷面之間的全壓差反映壓力作用；第第一項兩斷面之間的全壓差反映壓力作用；第2 2項位壓反映重力的作用；二者綜合作用，克項位壓反映重力的作用；二者綜合作用，克服流動阻力服流動阻力PP1212，維持管內流動。，維持管內流動。二者的綜二者的綜合作用并非總是相互加強的。合作用并非總是相互加強的。若壓力驅動的流動方向與位壓一致，則若壓力驅動的流動方向與位壓一致，則二者淙合作用加強管內氣體流動，二者淙合作用加強管內氣體流動，若驅動方向相反，則由絕對值大者決定若驅動方向相反，則由絕對值大者決定管流方向；絕對值小者實際上成為另加管流方向；絕對值小者實際上成為另加流動

8、阻力。流動阻力。2.22.2流體輸配管網(wǎng)水力計算的流體輸配管網(wǎng)水力計算的基本原理和方法基本原理和方法流體輸配管網(wǎng)水力計算的目的：根據(jù)要求的流量分配確定管網(wǎng)的管徑或阻根據(jù)要求的流量分配確定管網(wǎng)的管徑或阻力；求得管網(wǎng)特性曲線，為匹配管網(wǎng)動力力；求得管網(wǎng)特性曲線，為匹配管網(wǎng)動力設備準備條件，進而確定動力設備設備準備條件，進而確定動力設備或者根據(jù)已定的動力設備，確定管道尺寸。或者根據(jù)已定的動力設備，確定管道尺寸。*流體輸配管網(wǎng)水力計算的理論依據(jù)： 流體力學一元流體流動流體力學一元流體流動連續(xù)性方程連續(xù)性方程和和能能量方程量方程及及串、并聯(lián)管路流動規(guī)律串、并聯(lián)管路流動規(guī)律。動力設備。動力設備提供的壓力等

9、于管網(wǎng)總阻力，串聯(lián)管路總阻提供的壓力等于管網(wǎng)總阻力，串聯(lián)管路總阻力等于各段管路阻力之和。力等于各段管路阻力之和。 管段中的流動阻力包括管段中的流動阻力包括沿程阻力沿程阻力和和局部局部阻力阻力。2.1.12.1.1摩擦阻力的計算摩擦阻力的計算lRvdlPmml222其中：其中：為摩阻系數(shù)，為摩阻系數(shù)， l為管長，為管長，d d為管徑或流速當量為管徑或流速當量直徑（直徑（4R4Rs s，R Rs s=f/x=f/x），），R Rm m為單位長度摩擦阻力。為單位長度摩擦阻力。對高中壓燃氣管網(wǎng)（對高中壓燃氣管網(wǎng)（P P10KPa10KPa）由動量方程、氣體狀）由動量方程、氣體狀態(tài)方程和連續(xù)方程得：態(tài)方

10、程和連續(xù)方程得：lPdLPP00520222162.1（2-2-1）摩阻系數(shù)的確定：摩阻系數(shù)的確定：1 1、層流區(qū)、層流區(qū)R Re e20002000eR64ldLP05202181.02 2、臨界區(qū)、臨界區(qū)R Re e=2000-4000=2000-400030025. 0eR3 3、紊流區(qū)、紊流區(qū)R Re e4000400025.06811.0dKRedKRe7 .351.2lg21 對低壓燃氣管網(wǎng)（對低壓燃氣管網(wǎng)（P10KPaP10KPa）式）式2-2-12-2-1可簡化為：可簡化為：謝維列夫公式1、新管公式、新管公式v新鋼管公式新鋼管公式v新鑄鐵管公式新鑄鐵管公式v綜合公式綜合公式2、

11、舊管公式、舊管公式v舊鋼管公式舊鋼管公式v舊鑄鐵管公式舊鑄鐵管公式v綜合公式綜合公式2.2.22.2.2局部阻力計算局部阻力計算22vP2.2.32.2.3常用的水力計算方法常用的水力計算方法* *1 1、假定流速法假定流速法(按照技術經(jīng)濟比較確定推薦的風道流速（經(jīng)濟流速）經(jīng)濟流速） ，然后根據(jù)風道內的風量來確定風道斷面尺寸和阻力損失)* *2 2、壓損平均法壓損平均法(風管系統(tǒng)的風機壓頭已知或對分支管進行阻力平衡)* *3 3、靜壓復得法靜壓復得法(特別適合于多條主風道，而每條主風道又有很多分支道，出風口或末端裝置均有相同的靜壓)水力計算步驟（假定流速法）水力計算步驟（假定流速法）v計算前，

12、完成管網(wǎng)布置，確定流量分配計算前，完成管網(wǎng)布置，確定流量分配 繪草圖，編號繪草圖，編號 確定流速確定流速 確定管徑確定管徑 計算各管段阻力計算各管段阻力 平衡并聯(lián)管路平衡并聯(lián)管路 計算總阻力，計算管網(wǎng)特性曲線計算總阻力，計算管網(wǎng)特性曲線 根據(jù)管網(wǎng)特性曲線，選擇動力設備根據(jù)管網(wǎng)特性曲線，選擇動力設備水力計算步驟（平均壓損法）水力計算步驟（平均壓損法）v計算前，完成管網(wǎng)布置，確定流量分配計算前，完成管網(wǎng)布置，確定流量分配繪系統(tǒng)圖，編號，標管段繪系統(tǒng)圖，編號，標管段L和和Q，定最不利，定最不利環(huán)路。環(huán)路。根據(jù)資用動力，計算其平均根據(jù)資用動力，計算其平均Rm。根據(jù)根據(jù)Rm和各管段和各管段Q，確定其各管

13、段管徑。，確定其各管段管徑。確定各并聯(lián)支路的資用動力，計算其確定各并聯(lián)支路的資用動力，計算其Rm 。根據(jù)各并聯(lián)支路根據(jù)各并聯(lián)支路Rm和各管段和各管段Q，確定其管，確定其管徑。徑。水力計算步驟（靜壓復得法）水力計算步驟（靜壓復得法）v計算前，完成管網(wǎng)布置計算前，完成管網(wǎng)布置確定管道上各孔口的出流速度。確定管道上各孔口的出流速度。計算各孔口處的管內靜壓計算各孔口處的管內靜壓Pj和流量。和流量。 順流向定第一孔口處管內流速、全壓和管道尺寸。順流向定第一孔口處管內流速、全壓和管道尺寸。計算第一孔口到第二孔口的阻力計算第一孔口到第二孔口的阻力P12。計算第二孔口處的動壓計算第二孔口處的動壓 Pd2。計算

14、第二孔口處的管內流速，確定該處的管道尺寸。計算第二孔口處的管內流速，確定該處的管道尺寸。以此類推，直到確定最后一個孔口處的管道斷面尺寸。以此類推，直到確定最后一個孔口處的管道斷面尺寸。2.3氣體輸配管網(wǎng)的水力計算2.3.1開式枝狀氣體輸配管網(wǎng)的水力計算v首先完成管道布置、設備和各排送風點位置的確定；首先完成管道布置、設備和各排送風點位置的確定；v排送風點風量和各管段風量的確定排送風點風量和各管段風量的確定v計算步驟見計算步驟見2.2.32.3.1.12.3.1.1管道流速和管道斷面尺寸的確定管道流速和管道斷面尺寸的確定（1 1）繪制系統(tǒng)圖）繪制系統(tǒng)圖（2 2）確定管內流速）確定管內流速 一般采

15、用經(jīng)濟流速，表2313（3）根據(jù)確定流速確定風管管徑，計算阻力（包括摩擦阻力(沿程阻力)和局部阻力）2.3.1.2摩擦阻力計算選最不利環(huán)路計算阻力u值的確定 DKRe7 .351.2lg21uRm值的計算和修正制成圖表，已知制成圖表，已知流量、管徑、流速、阻力流量、管徑、流速、阻力四個參數(shù)中四個參數(shù)中兩個，可查得其余兩個，是在一定條件下锝出兩個，可查得其余兩個，是在一定條件下锝出22000vDRmRm值的計算和查取（標準狀態(tài)下）：222vdRm返回R Rm m值的修正：值的修正：（1 1）密度、運動粘度的修正）密度、運動粘度的修正1 .0091.000mmRR（2 2）溫度、大氣壓和熱交換修正

16、）溫度、大氣壓和熱交換修正212TTKbH式中HBtmmKKKRR0825.027320273tKt9 .03 .101BKB25.0KvKkkmmKRR0（3 3）管壁粗糙度的修正）管壁粗糙度的修正KHBtmmKKKKRR1 .0091.000u 矩形風管的摩擦阻力計算主要考慮當量直徑的確定，有流速當量直徑和流量當量直徑（1）流速當量直徑baabDv2例2-1有一表面光滑的磚砌風道（有一表面光滑的磚砌風道（K K3mm3mm），斷），斷面面500400mm，L1m3/s，求Rm解：解：v1(0.4 0.5)=5 m/s Dv=2ab/(a+b)=444mm查圖查圖2-3-1 得得Rm00.6

17、2Pa/mKr=(3 5)0.25=1.96Rm=1.96 0.62=1.22 Pa/m25.0625.0)()(3 .1baabDL（2 2）流量當量直徑）流量當量直徑例2 同例1解：v1(0.4 0.5)=5 m/s DL=1.3(ab)0.625/(a+b)0.25=478mm查圖2-3-1 得Rm00.61Pa/mKr=(3 5)0.25=1.96Rm=1.96 0.61=1.2Pa/m2.3.1.3局部阻力計算22vP2.3.1.42.3.1.4并聯(lián)管路的阻力平衡并聯(lián)管路的阻力平衡（1 1）目的：管路風量達到預期值，力求各支）目的：管路風量達到預期值，力求各支路阻力相等，各管路阻力差

18、小于路阻力相等，各管路阻力差小于15%15%，含塵風，含塵風管小于管小于10%10%（2 2）平衡的方法：）平衡的方法：調整管徑調整管徑閥門調節(jié)：閥門調節(jié)：225.0PPDD 通過查手冊獲得2.3.1.5 2.3.1.5 計算系統(tǒng)總阻力和獲得管網(wǎng)特性曲線計算系統(tǒng)總阻力和獲得管網(wǎng)特性曲線2QPS（1）系統(tǒng)總阻力：最不利環(huán)路所有串聯(lián)管路阻力之和。（2）管網(wǎng)特性曲線：A）B）iSS或5.05.0iSS428iiiiddlS其中：2SQP例2-3 如圖所示通風管網(wǎng)。風管用鋼板制作，輸送含有輕礦物粉塵的空氣，氣體溫度為常溫。除塵器阻力為1200Pa，對該管網(wǎng)進行水力計算，并獲得管網(wǎng)特性曲線。返回 對各管

19、段進行編號，標出管段長度和各排風點的對各管段進行編號，標出管段長度和各排風點的排風量。排風量。 選定最不利環(huán)路，本系統(tǒng)選擇選定最不利環(huán)路，本系統(tǒng)選擇1-3-5-1-3-5-除塵器除塵器-6-6-風機風機-7-7為最不利環(huán)路。為最不利環(huán)路。 根據(jù)各管段的風量及選定的流速，確定最不利環(huán)根據(jù)各管段的風量及選定的流速，確定最不利環(huán)路上各管段的斷面尺寸和單位長度摩擦阻力。路上各管段的斷面尺寸和單位長度摩擦阻力。 根據(jù)表根據(jù)表2-3-32-3-3，輸送含有輕礦物粉塵的空氣時，風，輸送含有輕礦物粉塵的空氣時，風管內最小風速為：垂直風管管內最小風速為：垂直風管12m/s12m/s，水平風管，水平風管14m/s

20、14m/s。 考慮到除塵器及風管漏風，取考慮到除塵器及風管漏風，取 5 5的漏風系數(shù)，的漏風系數(shù)，管段管段 6 6及及 7 7的計算風量為的計算風量為 63006300* *1.051.05 6615m6615m3 3h h。 管段管段1 1 水平風管，初定流速為水平風管，初定流速為14m/s14m/s。根據(jù)。根據(jù) Q Ql l 1500m1500m3 3/h/h（0.42m0.42m3 3/s/s）、）、v v1 1= 14m/s= 14m/s所選管徑按通所選管徑按通風管道統(tǒng)一規(guī)格調整為：風管道統(tǒng)一規(guī)格調整為：D D1 1200mm200mm；實際流速；實際流速v v1 113.4m/s13

21、.4m/s；由圖；由圖2-3-12-3-1查得，查得，R Rm1m1=12.5Pa/m=12.5Pa/m 同理可查得管段同理可查得管段3 3、5 5、6 6、7 7的管徑及比摩阻，的管徑及比摩阻，具體結果見表具體結果見表2-3-52-3-5。. .確定管段確定管段2 2、4 4的管徑及單位長度摩擦力，見表的管徑及單位長度摩擦力，見表2-3-52-3-5。. .計算各管段局部阻力計算各管段局部阻力例如：例如：800380500380420800400420410*315420返回.計算各管段的沿程阻力和局部阻力(見表2-3-5)對并聯(lián)管路進行阻力平衡：繼續(xù) 圖返回計算系統(tǒng)總阻力，獲得管網(wǎng)特性曲線

22、最不利環(huán)路所有串聯(lián)管路1-3-5-6-7阻力之和。kgQPS53822538 QP 繼續(xù)返回1返回2一、設計原理繼續(xù)靜壓產生的流速為：靜壓產生的流速為：jjpv2空氣在風管內的流速為：空氣在風管內的流速為：DDpv2空氣從孔口出流時的流速為：空氣從孔口出流時的流速為：sinjvv 如圖所示：出流角為如圖所示：出流角為：DjDjPPvvtg返回孔口出流風量：jjpfvvvfvffvL236003600sin360036000000由上式得f0上的平均流速v0為：jjpvfLv23600000繼續(xù)返回v風口的流速分布如圖風口的流速分布如圖：（矩形送風管斷面不變）（矩形送風管斷面不變）v*要實現(xiàn)均勻

23、送風可采取的措施（要實現(xiàn)均勻送風可采取的措施（如圖如圖） 1、設阻體；、設阻體； 2、改變斷面積；、改變斷面積； 3、改變送風口斷面積；、改變送風口斷面積； 4、增大、增大F，減小，減小f0。繼續(xù)返回二、實現(xiàn)均勻送風的基本條件二、實現(xiàn)均勻送風的基本條件：保持各側孔靜壓、流量系數(shù)相等保持各側孔靜壓、流量系數(shù)相等, 增大出流角。增大出流角。1、保持各側孔靜壓保持各側孔靜壓Pj相等；相等；2、保持各側孔流量系數(shù)相等； 與孔口形狀、流角以及L0/L= 有關，當大于600， 一般等于0.60L3、增大出流角，大于600，接近900。返回三、直流三通局部阻力系數(shù)和側孔流量系數(shù)直流三通局部阻力系數(shù)和側孔流量

24、系數(shù)1、直流三通局部阻力系數(shù)：由直流三通局部阻力系數(shù)：由L0/L查表查表2-3-6；2、側孔、側孔流量系數(shù)流量系數(shù)=0.60.65；四、四、均勻送風管道計算方法均勻送風管道計算方法確定側孔個數(shù)、側孔間距、每個孔的風量計算側孔面積計算送風管道直徑和阻力繼續(xù)返回五、如圖所示：總風量為如圖所示：總風量為8000m3/h的圓形均勻送風管道的圓形均勻送風管道采用采用8個等面積的側孔均勻送風，孔間距為個等面積的側孔均勻送風，孔間距為1.5M，確，確定其孔口面積、風管各斷面直徑及總阻力定其孔口面積、風管各斷面直徑及總阻力。 繼續(xù)解：1、確定孔口平均流速確定孔口平均流速v0，062. 05 . 4360088

25、000/5 . 400fsmv注意：注意：把每一段起始斷面的動壓作為該管段的平均把每一段起始斷面的動壓作為該管段的平均動壓，并假設動壓，并假設、為常數(shù)，將產生一定誤差，但在為常數(shù)，將產生一定誤差，但在工程實際是允許的。工程實際是允許的。05271026.6TTdLRm（2-3-24）2.3.1.8 中、低壓燃氣管網(wǎng)水力計算l低壓管道摩擦阻力計算公式低壓管道摩擦阻力計算公式 對低壓燃氣管網(wǎng)（對低壓燃氣管網(wǎng)（P10KPaP10KPa）由式）由式2-2-12-2-1可得：可得：1、層流區(qū)Re21002、臨界區(qū)Re=2100350051065210003. 0eeRR摩阻系數(shù)的確定：eR641) 鋼管2) 鑄鐵管284. 0)51581(102236. 0Ldd25.06811.0dKRe3、紊流區(qū)Re3500，并與管材有關水力計算水力計算圖表圖表編制條件：編制條件：分天然氣、人工煤氣、液化石油氣分天然氣、人工煤氣、液化石油氣密度、運動年度、溫度為常數(shù)密度、運動年度、溫度為常數(shù)l中、高壓管道