燃?xì)夤芫W(wǎng)水力計(jì)算(課堂PPT)課件

1、第六章 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力計(jì)算 燃?xì)夤芫W(wǎng)水力計(jì)算的任務(wù)： 1根據(jù)燃?xì)獾挠?jì)算流量和允許的壓力損失計(jì)算管道直徑，以確定管道投資和金屬消耗。 2對已有管道進(jìn)行流量和壓力損失的驗(yàn)算，以充分發(fā)揮管道的輸氣能力，或決定是否需要對原有管道進(jìn)行改造。因此，正確地進(jìn)行水力計(jì)算，是關(guān)系到輸配系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的問題，是城市燃?xì)庖?guī)劃與設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。 城市燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式和計(jì)算圖表燃?xì)夥峙涔艿烙?jì)算流量的確定枝狀管網(wǎng)的水力計(jì)算環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算室內(nèi)燃?xì)夤艿赖乃τ?jì)算第六章 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力計(jì)算 第一節(jié) 城市燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式和計(jì)算圖表低壓燃?xì)夤艿雷枇p失計(jì)算公式 高中壓燃?xì)夤艿雷枇p失計(jì)算公式燃?xì)夤艿雷枇p

2、失計(jì)算圖表計(jì)算示例附加壓頭 局部阻力一、低壓燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式層流區(qū)(Re3500) 鋼管、塑料管： 鑄鐵管： 二、高中壓燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式鋼管、塑料管：鑄鐵管： 三、燃?xì)夤艿浪τ?jì)算圖表壓力不同、管材不同，水力計(jì)算公式也不同，所以也就對應(yīng)著不同的水力計(jì)算圖表。另外，燃?xì)夥N類不同時，由于不同種類燃?xì)獾拿芏?、粘度等有很大的不同，所以?jì)算圖表也不同。決定水力計(jì)算圖表的因素主要有三個，不同的燃?xì)夥N類、管道的壓力級別、不同的管道材質(zhì)。三者的不同組合得到不同的水力計(jì)算圖表。 圖：燃?xì)?7 64、5 計(jì)算圖表的繪制條件：1、燃?xì)饷芏劝?計(jì)算，使用時不同的燃?xì)饷芏纫M(jìn)行修正。低壓管道：高中壓管道：2、運(yùn)

3、動粘度：人工燃?xì)猓禾烊粴猓?、取鋼管的當(dāng)量絕對粗糙度：例 題 1：已知：人工燃?xì)獾拿芏?， 運(yùn)動粘度： 15時燃?xì)饬鹘?jīng)l=100m長的低壓燃?xì)怃摴?，?dāng)流量Q010Nm3/h時，管段壓力降為4Pa，求該管道管徑。圖表法：解：公式法：假設(shè)為層流：將和代入：得：d=78.16mm,取標(biāo)準(zhǔn)管徑80mm。據(jù)d計(jì)算Re=17682100,層流區(qū)。假設(shè)正確，計(jì)算有效。據(jù)流量和壓降查表得：d=80mm已知人工燃?xì)饷芏?.7kg/Nm3，運(yùn)動粘度2510-6m2/s，有2197中壓燃?xì)怃摴?，長200m，起點(diǎn)壓力150KPa，輸送燃?xì)饬髁?000Nm3/h，求0時該管段末端壓力。公式法圖表法例 題 2：由于空氣與

4、燃?xì)饷芏炔煌?，?dāng)管道始、末端存在標(biāo)高差時，在燃?xì)夤艿乐袑a(chǎn)生附加壓頭。對始末端高程差值變化甚大的個別管段，包括低壓分配管道及建筑物的室內(nèi)的低壓燃?xì)夤艿?，必須將附加壓頭計(jì)算在內(nèi)。四、附加壓頭 計(jì)算公式：空氣密度，1.293kg/Nm3，燃?xì)饷芏龋?kg/Nm3管段終端與始端的標(biāo)高差值，m管道內(nèi)流動氣體上升時將產(chǎn)生一種升力，下降時將增加阻力。管道內(nèi)流動氣體下降時將產(chǎn)生一種升力，上升時將增加阻力。某多層住宅，燃?xì)馐覂?nèi)立管終端標(biāo)高17m，引入管始端標(biāo)高0.6m，密度0.71kg/Nm3，計(jì)算附加壓頭；又已知引入管起點(diǎn)壓力P1=1000Pa， 80Pa，求P2。P1P20.6m17m五、局部阻力損失計(jì)算

5、 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)計(jì)算時，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)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算方法有兩種，一種是用公式計(jì)算，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；另一種用當(dāng)量長度法。 當(dāng)燃?xì)饬鹘?jīng)三通管、彎管、變徑異型管、閥門等管路附件時，由于幾何邊界的急劇改變，燃?xì)庠诠艿纼?nèi)氣流方向和氣流斷面改變，燃?xì)膺\(yùn)動受到擾亂，必然產(chǎn)生額外的壓力損失。 式中： P-局部壓力降，Pa； -計(jì)算管段中局部阻力系數(shù)的總和； -燃?xì)庠诠艿乐械牧魉伲琺/s； -燃?xì)饷芏龋琸g/Nm3； T -燃?xì)饨^對溫度，K，T0=273K。1、公式法：

6、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) 2、當(dāng)量長度法因此，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，管道計(jì)算長度L應(yīng)為 L= L1 + L2式中：L1 -管道實(shí)際長度，m； L2 -管道上附件的當(dāng)量長度，m。 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失，就可得到該管段的壓力損失。第二節(jié) 燃?xì)夥峙涔艿烙?jì)算流量 燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)供氣方式 燃?xì)夥峙涔艿烙?jì)算流量的確定燃?xì)夥峙涔艿劳拘沽髁康拇_定 節(jié)點(diǎn)流量 (一)燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)供氣方式 只有轉(zhuǎn)輸流量的管段 只有途泄流量的管段 有途泄流量和轉(zhuǎn)輸流量的管段 燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)的各管段根據(jù)連接

7、用戶的情況，可分為三種： 燃?xì)夥峙涔芏蔚呢?fù)荷變化示意圖對于管段AB，途泄流量為Q1，轉(zhuǎn)輸流量為Q2管道起點(diǎn)A處，流量為轉(zhuǎn)輸流量與途泄流量之和；管道終點(diǎn)B處，流量僅為Q2。而管段內(nèi)各段面處的流量是不斷變化的，數(shù)值處于二者之間。若假定沿管線長度向用戶均勻地配氣，則沿線流量變化呈直線關(guān)系。(二)燃?xì)夥峙涔艿烙?jì)算流量的確定 確定變負(fù)荷管段的計(jì)算流量原則-以計(jì)算流量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。式中：Q-計(jì)算流量，Nm3/h； Q1-途泄流量，Nm3/h； Q2-轉(zhuǎn)輸流量，Nm3/h； -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)。計(jì)算流量先用轉(zhuǎn)輸流量與途泄流量的組合來表

8、示1、實(shí)際壓力降的求解采用微元的方法求解管段的實(shí)際壓力降簡化：管段上有n條分支管，各分支管間距均相等，并且每條分支管的途泄流量q也相等，n條分支管就管段AB均勻地分成了n+1條小管段。 壓降計(jì)算公式： 流進(jìn)管段的總流量： QN=Q2+Q1每一條分支管段的流量：在AB上取任一小段y，該管段上的流量用Qy表示，則令：x是途泄流量Q1與總流量QN的比值，0 x1則：所以：整個管段的壓力降為：將括號內(nèi)各項(xiàng)以麥克勞林級數(shù)展開，取其前三項(xiàng)，并將（n+1）式相加，得：整理得：壓降計(jì)算公式：在總流量QN一定時，整個管段的壓降為支管數(shù)n與途泄流量的函數(shù)關(guān)系式。2、以計(jì)算流量求壓力降 把 帶入壓降計(jì)算公式： 由得

9、：水力計(jì)算公式中冪指數(shù)為1.75時所得值 對于燃?xì)夥峙涔艿?，分支管?shù)一般不少于510個，x值在0.31.0之間。此時系數(shù)在0.50.6之間，水力計(jì)算公式中冪指數(shù)等于1.752.0時，值的變化并不大；實(shí)際計(jì)算中均可采用平均值=0.55。故燃?xì)夥峙涔艿赖挠?jì)算流量公式為： 1.途泄流量的范圍：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)荷較大的公共建筑用戶應(yīng)作為集中負(fù)荷來計(jì)算。 2.兩點(diǎn)假設(shè)：供氣區(qū)域內(nèi)居民用戶和小型公共建筑用戶是均勻分布的；途泄流量只取決于居民的人口密度。(三)燃?xì)夥峙涔艿劳拘沽髁康拇_定 3.計(jì)算步驟對如圖所示的小區(qū)，計(jì)算步驟如下：管段途泄流量的計(jì)算過程 （a）在供氣范圍

10、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、BF。（b）分別計(jì)算各個街區(qū)居民用氣量及小型公共建筑年用氣量、小時計(jì)算流量，并按照用氣量的分布情況布置配氣管道1-2、2-3（c）根據(jù)每個街區(qū)的燃?xì)庥?jì)算流量和燃?xì)夤艿赖拈L度，計(jì)算管道單位長度向該街區(qū)供應(yīng)的途泄流量。 （d）求管段的途泄流量管段的途泄流量等于單位長度途泄流量乘以該管段的長度。若管段是兩個小區(qū)的公共管道，需同時向兩側(cè)供氣時，其途泄流量應(yīng)為兩側(cè)的單位長度途泄流量之和乘以管長。(四) 轉(zhuǎn)輸流量的確定a、確定各管段途泄流量；b、從管段末段向上反推。例1 枝狀管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸流量的計(jì)算枝狀管網(wǎng)如下圖所示，已知各管段途泄流量，試確定各管段轉(zhuǎn)輸流

11、量及計(jì)算流量。12345例題2 環(huán)狀管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸流量的計(jì)算已知途泄流量，求轉(zhuǎn)輸流量計(jì)算流量234516080130110100 第三節(jié) 枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算特點(diǎn)枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算步驟一、枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算特點(diǎn)管段數(shù)等于節(jié)點(diǎn)數(shù)減1氣源至各節(jié)點(diǎn)一個固定流向送至某一管線的燃?xì)庵荒苡梢粭l管線供氣，流量分配方案唯一任一管段流量等于該管段以后所有節(jié)點(diǎn)流量之和（順氣流方向），管段流量唯一改變某一管段管徑，不影響管段流量分配，只導(dǎo)致管道終點(diǎn)壓力的改變各管段未知數(shù)：直徑與壓力降兩個。二、枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算步驟對管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)和管道編號。根據(jù)管線圖和用氣情況，確定管網(wǎng)各管段的計(jì)算流量。選定枝狀管網(wǎng)的干管，根據(jù)給定的

12、允許壓力降確定管線單位長度上的允許壓力降。根據(jù)管段的計(jì)算流量及單位長度允許壓力降預(yù)選管徑。根據(jù)所選定的標(biāo)準(zhǔn)管徑，反算管段實(shí)際沿程壓力降和局部壓力降，并計(jì)算總的壓力降。檢查計(jì)算結(jié)果。若總的壓力降未超過允許值，并趨近允許值，則認(rèn)為計(jì)算合格，否則應(yīng)適當(dāng)變動管徑，直到總壓力降小于并盡量趨近允許值為止。 第四節(jié) 環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算環(huán)狀管網(wǎng)的特點(diǎn) 環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算方法環(huán)狀管網(wǎng)的水力平差計(jì)算環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算舉例 （一）環(huán)狀管網(wǎng)的特點(diǎn)某一管段同時可由1條或幾條管道供氣，并有許多不同的分配方案若改變環(huán)網(wǎng)某一管段的管徑，就會引起管網(wǎng)流量的重新分配并改變各節(jié)點(diǎn)的壓力值，而枝狀管網(wǎng)的某一管段直徑變動時，只導(dǎo)致該管段壓力降

13、數(shù)值的變化，而不會影響流量分配。枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算只有直徑和壓力降兩個變量，而環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算則有直徑、壓力降和計(jì)算流量三個未知量。（二）環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算方法節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程環(huán)壓降閉合差為零1、環(huán)狀管網(wǎng)流動規(guī)律2、環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算步驟手工方法解環(huán)方程的計(jì)算方法（管網(wǎng)的平差計(jì)算）預(yù)先分配流量 計(jì)算單位長度壓力降 預(yù)選管徑 計(jì)算各環(huán)的壓力降閉合差 計(jì)算結(jié)束=00重新分配流量環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算通常采用解管段方程組、解環(huán)方程組和解節(jié)點(diǎn)方程組的方法。是對壓降方程、連續(xù)性方程和能量方程的聯(lián)立求解。環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算過程，就是重新分配各管段的流量，反復(fù)計(jì)算，直到同時滿足連續(xù)性方程和能量方程組為止，這一計(jì)算過程稱

14、為管網(wǎng)平差。繪制管網(wǎng)平面圖，對節(jié)點(diǎn)、管段、環(huán)網(wǎng)進(jìn)行編號、并標(biāo)明管道長度、集中負(fù)荷、氣源或調(diào)壓站的位置；計(jì)算管網(wǎng)各管段的途泄流量；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饬鞯姆较蚩偸橇麟x供氣點(diǎn)，而不應(yīng)逆向流動。從零點(diǎn)開始，逐一推算管段的轉(zhuǎn)輸流量；求管網(wǎng)各管段的計(jì)算流量；預(yù)選管徑：a.由管網(wǎng)的允許壓降及供氣點(diǎn)至零點(diǎn)的計(jì)算長度確定單位長度允許的壓降；b.由單位長度允許壓力降預(yù)選管徑；c.將管徑化為規(guī)格系列。初步計(jì)算管網(wǎng)各管段的壓降及每環(huán)的壓力降閉合差；管網(wǎng)平差計(jì)算，求每環(huán)的校正流量，使所有封閉環(huán)網(wǎng)壓力降的代數(shù)和等于零或接近于零，達(dá)到工程容許的誤差范圍。驗(yàn)證總壓降，若滿足

15、要求，計(jì)算結(jié)束；不滿足，重復(fù)、 、 4、校正流量的計(jì)算 經(jīng)初步計(jì)算后環(huán)網(wǎng)中各管段的管道直徑已定，但第環(huán)和第環(huán)的壓力降的代數(shù)和均不等于零。第環(huán)的壓力降閉合差為P；第環(huán)的壓力降的閉合差為P；低壓管網(wǎng)假設(shè)條件：水力光滑區(qū)引入校正流量后，各管段氣體流動狀態(tài)不變各管段壓降計(jì)算式：式中：P管段的壓力降； Q燃?xì)饬髁浚?管道阻抗，其中包括物理常數(shù)、管段長度和直徑。系數(shù)的值隨氣流流動狀況的改變而改變。由初步計(jì)算結(jié)果，用壓降方程表示：用流量形式表示：為不破壞節(jié)點(diǎn)的流量平衡，采用校正流量，以校正環(huán)網(wǎng)的閉合差。在環(huán)中引入校正流量Q，在環(huán)中引入校正流量Q，并且規(guī)定校正流量的方向?yàn)轫槙r針方向。 根據(jù)方程組可以得到Q、Q

16、的表達(dá)式 ：分析：第一項(xiàng)為未考慮鄰環(huán)校正流量的影響而得到的計(jì)算環(huán)的校正流量值；第二項(xiàng)則考慮到鄰環(huán)校正流量對計(jì)算環(huán)的影響。對于任意環(huán)， 的一般式可寫為： 流量的第一個近似值。稱為校正稱為校正流量的第二個近似值，其表達(dá)式中含有鄰環(huán)的校正流量，用鄰環(huán)校正流量的第一個近似值來代替校正流量，另外，考慮到任何環(huán)都有多個和鄰環(huán)共用的管段， 的一般形式可以寫為：式中： 鄰環(huán)校正流量的第一個近似值； 與鄰環(huán)共用管段的 值。校正流量的一般表達(dá)式：對于環(huán)網(wǎng)的平差計(jì)算步驟，可按照這樣的順序來進(jìn)行： （1）計(jì)算各環(huán)的 ，（2）計(jì)算各環(huán)的校正流量 = + （3）以環(huán)校正流量值校正各管段的計(jì)算流量（4）驗(yàn)證各環(huán)壓降閉合差若

17、不滿足閉合差要求，重復(fù)第（1），直至滿足精度要求為止。高中壓低壓已知低壓管網(wǎng)各管段長度各環(huán)面積人口密度用氣量指標(biāo)3、6節(jié)點(diǎn)集中用戶天然氣物性管網(wǎng)計(jì)算壓力降（四）環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算舉例解：繪圖計(jì)算各環(huán)單位長度途泄流量解：繪圖計(jì)算各環(huán)單位長度途泄流量確定各管段初步計(jì)算流量第五節(jié) 室內(nèi)燃?xì)夤艿赖挠?jì)算考慮附加壓頭；局部阻力損失的計(jì)算；管段計(jì)算流量的確定（同時工作系數(shù)法）。12345678910室內(nèi)燃?xì)夤艿赖挠?jì)算需根據(jù)燃具的布置、燃具的數(shù)量以及燃具的灶前壓力的要求，確定室內(nèi)管道走向，通過水力計(jì)算，確定管徑。下面以某居民住宅為例，說明室內(nèi)燃?xì)夤芫W(wǎng)的一般計(jì)算過程。 例：如圖所示某五樓居民住宅，每戶安裝兩眼燃?xì)庠?/p>

18、一具，額定流量1.6m3/h，燃?xì)馐覂?nèi)管及用氣管的允許壓力降為200Pa，求管道直徑。燃?xì)庀鄬γ芏葹?.6，室內(nèi)溫度15。 計(jì)算步驟如下：1、管道節(jié)點(diǎn)按順序編號，標(biāo)出各管段的長度。 8.50.582.32.92.92.90.51.52、根據(jù)各管段供應(yīng)的用具數(shù)及其同時作用系數(shù)計(jì)算管段計(jì)算流量。 12345678910管道供應(yīng)戶數(shù)：1-2 10 6-7 22-3 9 7-8 13-4 5 8-9 14-5 4 9-10 15-6 3同時工作系數(shù)：1-2 0.54 6-7 12-3 0.56 7-8 13-4 0.68 8-9 14-5 0.75 9-10 15-6 0.852、根據(jù)各管段供應(yīng)的用具

19、數(shù)及其同時作用系數(shù)計(jì)算管段計(jì)算流量。 12345678910各管段計(jì)算流量Nm3/h：1-2 8.64 6-7 3.22-3 8.06 7-8 1.63-4 5.44 8-9 1.64-5 4.8 9-10 1.65-6 4.0812345678910單位長度上的允許壓力降：200/(301.5)=4.44Pa/m 并以此初選各管段的管徑。3、估計(jì)室內(nèi)管道的局部阻力為沿程阻力的50%，根據(jù)室內(nèi)管道允許壓力降和管道的總長度，求單位長度的允許壓力降。 各管段管徑mm：1-2 32 6-7 252-3 32 7-8 253-4 25 8-9 204-5 25 9-10 155-6 254、根據(jù)管徑和計(jì)算流量