第六章燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力計(jì)算VIP

1、第六章 燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力計(jì)算第一節(jié) 管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程式我們先看以下燃?xì)夤艿烙?jì)算的不穩(wěn)定流動(dòng)方程。一、不穩(wěn)定流動(dòng)方程式燃?xì)馐强蓧嚎s流體，一般情況下管道內(nèi)燃?xì)獾牧鲃?dòng)是不穩(wěn)定流，管道內(nèi)燃?xì)獾膲毫土髁吭诹鲃?dòng)過程中都會(huì)發(fā)生變化，除此之外，隨著管道內(nèi)沿程壓力的下降燃?xì)獾拿芏纫苍跍p小，而管道內(nèi)燃?xì)獾臏囟瓤梢哉J(rèn)為是不變的，其溫度等于管道周圍土壤的溫度。這樣，決定燃?xì)饬鲃?dòng)狀態(tài)的參數(shù)為：壓力P，流速w和密度，他們均隨燃?xì)饬鲃?dòng)的距離和時(shí)間而變化。是距離L和時(shí)間的函數(shù)，即為了求得燃?xì)饬鲃?dòng)的狀態(tài)參數(shù)P，w和，必須借助于運(yùn)動(dòng)方程，連續(xù)性方程和狀態(tài)方程三個(gè)方程。對管道內(nèi)的燃?xì)饬谐鲞\(yùn)動(dòng)方程和連續(xù)性方程，再將其與狀態(tài)方

2、程組合，可以得到求解管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程式：其中指的是燃?xì)夤艿缹λ矫娴膬A斜角。為摩阻系數(shù)，d是燃?xì)夤艿赖膬?nèi)徑。從理論上講，該式可用來求解在燃?xì)夤艿乐腥我鈹嗝鎥和任一時(shí)間的氣流參數(shù)P，和流速w，但實(shí)際上這一組非線性偏微分方程組很難求解析解，在工程上常可忽略某些對計(jì)算結(jié)果影響不大的項(xiàng)，并對該方程組進(jìn)行線性簡化，可求得近似解。到簡化后的方程組為：其中c為聲速上式即為簡化后的燃?xì)夤艿啦环€(wěn)定流動(dòng)方程組，但在實(shí)際生產(chǎn)和生活中，該方程的應(yīng)用并不多，除了單位時(shí)間內(nèi)輸氣量波動(dòng)大的超高壓天然氣長輸管線要用到上面的不穩(wěn)定流進(jìn)行計(jì)算外，設(shè)計(jì)城市燃?xì)夤艿罆r(shí)燃?xì)饬鲃?dòng)的不穩(wěn)定性可以不考慮。因此我們下面主要講一下燃?xì)夤?/p>

3、到計(jì)算的穩(wěn)定流動(dòng)方程式。二、穩(wěn)定流動(dòng)方程式通常在城市燃?xì)夤芫W(wǎng)工程設(shè)計(jì)中，將某一小段時(shí)間內(nèi)（如一小時(shí)或一天）的管內(nèi)流動(dòng)作為穩(wěn)定流動(dòng)，認(rèn)為各運(yùn)動(dòng)參數(shù)P，w和不隨時(shí)間變化。這樣這三個(gè)參數(shù)對時(shí)間的偏導(dǎo)數(shù)都等于0，即將他們帶入不穩(wěn)定流動(dòng)方程組，然后進(jìn)行適當(dāng)簡化積分后可得穩(wěn)定流動(dòng)燃?xì)夤苡?jì)算的公式：該方程可以用來計(jì)算高壓和低壓燃?xì)夤艿馈Ｆ渲蠵1是管道起始端管內(nèi)燃?xì)獾慕^對壓力Pa，P2是L處管道內(nèi)燃?xì)獾慕^對壓力Pa，為摩阻系數(shù)，Q0為燃?xì)夤艿赖挠?jì)算流量Nm3/s，d是管道內(nèi)徑m，為燃?xì)獾拿芏萲g/Nm3P0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，P0=101325Pa，T為燃?xì)獾臏囟菿，T0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度，T0=273.16KZ是燃?xì)?/p>

4、在管內(nèi)所處溫度壓力下的壓縮因子，Z0是燃?xì)庠跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮因子，將該式用于計(jì)算低壓燃?xì)夤艿缐航禃r(shí)可以進(jìn)行簡化，Pm為管道起始端和末端壓力的算數(shù)平均值，低壓管道本身壓力很低，可以認(rèn)為，帶入穩(wěn)定流動(dòng)計(jì)算公式可得：若考慮城市燃?xì)夤艿赖膲毫σ话阍?.6MPa以下，此時(shí)可認(rèn)為，并將公式中的各參數(shù)采用工程中常用的單位，P的單位用kPa，L的單位采用km，流量的單位采用Nm3/h，管道內(nèi)徑d的單位采用mm，則低壓燃?xì)夤艿赖挠?jì)算公式為：10的7次方高中壓燃?xì)夤艿赖挠?jì)算公式為：10的10次方第三部分我們看一下計(jì)算公式中的摩阻系數(shù)三、燃?xì)夤艿赖哪Σ磷枇ο禂?shù)簡稱摩阻系數(shù)，是反映管內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)摩擦阻力的一個(gè)無因次系數(shù)

5、，與燃?xì)庠诠艿纼?nèi)的流動(dòng)狀況、管道材質(zhì)、管道的連接方法及安裝質(zhì)量、燃?xì)獾男再|(zhì)等因素有關(guān)，是雷諾數(shù)Re和相對粗糙度的函數(shù)。雷諾數(shù)，d是管道內(nèi)徑m，w是燃?xì)饬鲃?dòng)斷面的平均流速m/s，v是燃?xì)獾倪\(yùn)動(dòng)粘度。下面簡單介紹幾個(gè)常用的計(jì)算摩阻系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)公式。層流區(qū)（Re2100） 臨界區(qū)（Re=21003500）紊流區(qū)（Re>3500）分三種情況，鋼管，塑料管和鑄鐵管鋼管和塑料管的摩阻系數(shù)可用下公式計(jì)算：鑄鐵管：其中為管道內(nèi)表面的當(dāng)量絕對粗糙度，對于鋼管取0.10.2mm，塑料管取0.01mm，第二節(jié) 城市燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式和計(jì)算圖表上一節(jié)我們講了燃?xì)夤艿浪τ?jì)算的基本方程式，為了便于城市燃?xì)?/p>

6、管道的水力計(jì)算，我們通常將摩阻系數(shù)的表達(dá)式帶入水力計(jì)算公式中，得到實(shí)用的計(jì)算公式或?qū)航蹬c管長、流量以及管徑密度等參數(shù)的關(guān)系制成計(jì)算圖表進(jìn)行水力計(jì)算。下面我們分別講幾個(gè)低壓和高中壓管網(wǎng)水力計(jì)算的實(shí)用公式一、低壓燃?xì)夤艿滥Σ磷枇p失計(jì)算公式（一）層流區(qū)（Re2100）將層流區(qū)的摩阻系數(shù)計(jì)算公式帶入低壓燃?xì)夤艿赖挠?jì)算公式中得到層流區(qū)的模組損失計(jì)算公式為：同樣，將臨界區(qū)和紊流區(qū)的摩阻系數(shù)計(jì)算式帶入低壓燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式中分別得到相應(yīng)的計(jì)算式：（二）臨界區(qū)（Re=21003500）（三）紊流區(qū)（Re>3500）二、高壓和中壓燃?xì)夤艿滥Σ磷枇p失計(jì)算公式高壓和中壓燃?xì)夤艿赖牧鲃?dòng)流速快，基本處于紊

7、流區(qū)，因此，將紊流區(qū)的摩阻系數(shù)計(jì)算公式帶入第一節(jié)講得高中壓管道水力計(jì)算公式中可分別得到鋼管、塑料管和鑄鐵管的摩阻損失計(jì)算式：10的9次方公式中各個(gè)參數(shù)的單位采用前面講得工程上常用的單位三、燃?xì)夤艿滥Σ磷枇p失計(jì)算圖表課本P95圖6-26-5分別是人工燃?xì)夂吞烊粴獾母咧械蛪轰摴艿乃τ?jì)算圖表，我們看其中的 圖6-2吧，圖6-2是人工燃?xì)飧咧袎汗艿赖乃τ?jì)算圖，橫坐標(biāo)是管道中燃?xì)獾牧髁浚v坐標(biāo)是，圖中的每條線對應(yīng)著不同的管道內(nèi)徑。在使用時(shí)，我們根據(jù)燃?xì)饬髁?，以及管徑就可以查出的?shù)值，對于低壓管道，如圖6-3，可以查出的數(shù)值，再根據(jù)管道長度以及管道起始端的壓力就可以求出管道末端的壓力值，需要注意的是

8、圖表的繪制是按燃?xì)饷芏鹊玫降?，根?jù)前面的水力計(jì)算公式，可以看出對于低壓管道與密度成正比，高中壓管道也與密度成正比，因此如果管道內(nèi)所輸送的燃?xì)饷芏?，則應(yīng)按下面公式進(jìn)行修正。查圖表得到的數(shù)據(jù)低壓管道查圖表得到的數(shù)據(jù)高、中壓管道下面我們通過一個(gè)例題來熟悉以下這個(gè)圖表的使用課本P99，例6-1圖表法：根據(jù)題目中所給的條件可以知道，這是一條輸送人工燃?xì)獾闹袎汗艿溃虼?，我們選擇圖6-2，輸送燃?xì)獾牧髁渴?000Nm3/h，管徑為，從圖上找到流量為2000的地方，圖上102代表100，后面的2，3，4一直到9代表200，300，400，直到900，103代表流量1000，后面的2代表流量為2000 Nm

9、3/h，沿著2000 Nm3/h往上找，找到與這條線相交的地方，看他的橫坐標(biāo)為3.1，=3.1本題中所輸送的燃?xì)獾拿芏葹?.7kg/Nm3，對進(jìn)行修正得到然后再把已知的起始端壓力P1150kPa，管道長度200m帶入即可求得管段末端壓力P2若將該題目用公式進(jìn)行計(jì)算，則選擇高中壓鋼管的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算10的9次方P1=150kPa，L=0.2km，取0.10.2mm，帶入管道內(nèi)徑時(shí)要注意，219代表管道外徑，7代表管道壁厚，管道內(nèi)徑d=219-7×2=205mm，燃?xì)鈩?dòng)力粘度v帶入25×10-6，Q0帶入流量2000，密度為0.7，溫度T為0，換算成絕對溫度為273.16K，

10、T0=273.16K。將這些數(shù)值帶入公式即可求出管段末端壓力P2。例6-2該題在計(jì)算時(shí)要選擇低壓管道的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，低壓管道水力計(jì)算公式分層流區(qū)、臨界區(qū)和紊流區(qū)三種情況，由于本題中管徑是未知的，他的雷諾數(shù)無法求出，無法判斷是那種流動(dòng)狀態(tài)，因此我們先假設(shè)管道中的燃?xì)馐窃趯恿鲄^(qū)流動(dòng)，選擇層流區(qū)的計(jì)算公式，公式中除管徑之外，其他條件均已知，可以求出管徑，求出管徑之后我們再來判斷我們的假設(shè)對不對，將管徑帶入雷諾數(shù)的計(jì)算公式中求出雷諾數(shù)，如果雷諾數(shù)小于2100，則表示燃?xì)饬鲃?dòng)狀態(tài)為層流，說明假設(shè)是正確的，前面計(jì)算所得的管徑是正確的，若求得的雷諾數(shù)不是在層流區(qū)，則需要重新假設(shè)在臨界區(qū)或紊流狀態(tài)流動(dòng)，重

11、新選擇公式計(jì)算管徑，重復(fù)前面的步驟，驗(yàn)證雷諾數(shù)，知道假設(shè)正確，求得的管徑即為正確的管徑。圖表法：人工燃?xì)獾蛪轰摴埽虼诉x用表6-3，本題中流量已知，管徑未知，但知道壓降為4Pa，表6-3中的縱坐標(biāo)為，因此求得，這個(gè)0.04Pa/m是經(jīng)過密度修訂后得到的，查圖時(shí)跟前一個(gè)例題相反，要除以燃?xì)獾拿芏鹊玫?，根?jù)流量和=0.08Pa/m可以查的管徑約為80mm四、燃?xì)夤艿谰植孔枇p失和附加壓頭1.局部壓力降城市燃?xì)夤芫W(wǎng)計(jì)算時(shí)，管網(wǎng)的局部損失一般以沿程損失的510%估計(jì)對于室內(nèi)燃?xì)夤艿篮蛷S、站區(qū)域的燃?xì)夤艿溃捎诠苈犯郊^多，局部損失所占的比例較大，應(yīng)逐項(xiàng)進(jìn)行計(jì)算。局部阻力損失有兩種計(jì)算方法，一種是利用公

12、式，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)查取局部阻力系數(shù)，代入公式進(jìn)行計(jì)算，另一種是用當(dāng)量長度法計(jì)算我們先看第一種計(jì)算方法：局部阻力損失可用下式求得：w為燃?xì)庠诠艿乐械牧魉?，為管段中局部阻力系?shù)的總和，他通常由試驗(yàn)測得，燃?xì)夤苈分幸恍┏Ｓ霉芗木植孔枇ο禂?shù)可查表得到。當(dāng)量長度法當(dāng)量長度法是將各種管件折成相同管徑管段的當(dāng)量長度來計(jì)算，當(dāng)量長度可按下式計(jì)算：當(dāng)量長度不但與局部阻力系數(shù)有關(guān)，還與管徑、沿程阻力系數(shù)有關(guān)因此，管件的局部壓力降等于其當(dāng)量長度為L2的直線管段的沿程壓力降，在計(jì)算管道及管道附件的總壓力降時(shí)L= L1 + L2其中L1為管道的實(shí)際長度，L2為管道的當(dāng)量長度實(shí)際管道計(jì)算長度L乘以該管段單位長度摩擦阻力損

13、失，就可得到該管段的壓力損失。2.附加壓頭在始末端高程差值變化特別大的個(gè)別管段，當(dāng)燃?xì)饷芏刃∮诳諝饷芏葧r(shí)，管道內(nèi)燃?xì)庀蛏狭鲃?dòng)時(shí)時(shí)，空氣對將對燃?xì)猱a(chǎn)生一種升力，管道內(nèi)燃?xì)庀陆禃r(shí)將增加阻力，因此引入附加壓頭的概念為空氣的密度為燃?xì)獾拿芏葹楣芏谓K端和始端的標(biāo)高差值，沿氣體的流動(dòng)方向計(jì)算第三節(jié) 燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)計(jì)算流量（一）計(jì)算流量燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)的各管段根據(jù)連接用戶的情況，可分為三種情況：（1）第一種情況是像這樣的只有轉(zhuǎn)輸流量的管段，該管段沿途不輸出燃?xì)?，用戶連接在管段的末端（2）這種是只有途泄流量的管段，由管段始端進(jìn)入的燃?xì)庠谕局腥抗┙o各個(gè)用戶（3）這種是既有途泄流量又有轉(zhuǎn)輸流量的管段，這種管段是我們生

14、活中最常見的一種，既有沿程輸出的燃?xì)饬髁浚衷诠芏文┒溯敵鲛D(zhuǎn)輸流量。像上面的第二中和第三種管段，在燃?xì)廨斔偷倪^程中管內(nèi)的流量是變化的，對于這種變負(fù)荷管段的計(jì)算我們要確定出他的一個(gè)計(jì)算流量，計(jì)算流量可按下式計(jì)算： Q1為途泄流量，Q2為轉(zhuǎn)輸流量，為流量折算系數(shù)，它與途泄流量與轉(zhuǎn)輸流量之比、沿途支管數(shù)有關(guān)。按這個(gè)計(jì)算流量確定的管段的壓力降應(yīng)與實(shí)際的壓力降相等，根據(jù)這一原則我們求得對于一般的燃?xì)夥峙涔艿溃?.50.6之間，變化范圍較小，在實(shí)際計(jì)算中可將其作為常數(shù)，取其平均值=0.55，則燃?xì)夥峙涔艿赖挠?jì)算流量為Q=0.55Q1+ Q2（二）途泄流量以下圖所示的燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)為例來講一下途泄流量的計(jì)算方法：、在供氣范圍內(nèi)，按不同的居民人口密度或道路和建筑物的布局劃分街區(qū)A、B、CF小區(qū)，并布置配氣管道1-2、2-3、分別計(jì)算各個(gè)街區(qū)的用氣量其中包括各區(qū)居民用氣量、小型公共建筑及小型工業(yè)用氣量，可根據(jù)前面講得各種用氣對象的用氣量指標(biāo)進(jìn)行確定，假定A小區(qū)每小時(shí)的用氣量為QA，B小區(qū)每小時(shí)的用氣量為QB，以此類推得到QC，. QF，、計(jì)算單位長度的途泄流量根據(jù)每個(gè)區(qū)的燃?xì)庥?jì)算流量和燃?xì)夤艿赖拈L度，計(jì)算管道單位長度途泄流量。如圖中ABCD各區(qū)的管道的單位長度的計(jì)算流量為：A區(qū)：B區(qū).C區(qū)4. 求管段的途泄流量管段的途泄流量等于該管段的長度