管道內(nèi)燃氣流動的基本方程

第五章燃氣管網(wǎng)的水力計算第一節(jié)管道內(nèi)燃氣流動的基本方程式第二節(jié)燃氣管道水力計算公式和圖表第三節(jié)燃氣分配管網(wǎng)計算流量第四節(jié)管網(wǎng)水力計算2009級油氣儲運

城市燃氣配送1/4/20241一、不穩(wěn)定流動方程式二、穩(wěn)定流動方程式三、燃氣管道的摩擦阻力系數(shù)第一節(jié)管道內(nèi)燃氣流動的基本方程式1/4/20242方程組由運動方程（4-3）、連續(xù)性方程（4-6）和狀態(tài)方程（4-7）組成的方程組可用來求得在燃氣管道中任一斷面x和任一時間τ的氣流參數(shù)P、ρ和W。這一方程組為

1/4/20243式4-81/4/20244簡化后的方程組在進行燃氣分配系統(tǒng)不穩(wěn)定流工況的計算時，可采用簡化后的方程組：1/4/20245⑷公式的應(yīng)用上述方程組在進行線性化處理后，加上起始條件和邊界條件，可采用有限元法，也可采用差分法，求得管道內(nèi)燃氣運動參數(shù)與坐標x和時間τ的關(guān)系P（x,τ）、ρ（x,τ）和W（x,τ）。1/4/20246二、穩(wěn)定流動方程式

除單位時間內(nèi)輸量波動大的超高壓天然氣長輸管線，要用不穩(wěn)定流進行計算外，在大多數(shù)情況下，設(shè)計城市然燃氣管道時燃氣流動的不穩(wěn)定性可不予考慮。實際計算中的計算流量，是按計算月中最大小時計算流量進行的，因此，可以按穩(wěn)定流進行計算。

1/4/202471.穩(wěn)定流計算中可以忽略的問題穩(wěn)定流計算中，將某一時間段，管內(nèi)燃氣流量看作穩(wěn)定流，即參數(shù)不隨時間而變化，即1/4/202482.穩(wěn)定流基本方程組進行簡化后，可得穩(wěn)定流基本方程組4-101/4/202493.對方程進行預(yù)處理由連續(xù)性方程得式4-11式中M—質(zhì)量流量；

Q0—標準狀況下的體積流量1/4/202410將式4-11改寫由此得式4-12：1/4/202411由狀態(tài)方程可得式4-131/4/202412將和代入1/4/202413可得式4-141/4/202414對上式進行積分：1/4/202415得：4.燃氣管道的基本計算公式1/4/202416符號的意義：P1—管道起點燃氣的絕對壓力，Pa；

P2—管道終點燃氣的絕對壓力，Pa;P0—標準大氣壓，P0=101325Pa；λ—燃氣管道的水利摩阻系數(shù)；Q0—燃氣管道的計算流量，Nm3/s；d—燃氣管道的內(nèi)徑，m；1/4/202417ρ0—標準狀況下燃氣管道的密度，kg/Nm3；T—燃氣的絕對溫度，K；T0—標準狀態(tài)絕對溫度，T0=273.15K；Z—燃氣的壓縮因子；Z0—標準狀況下燃氣的壓縮因子；Z0=1L—燃氣管道的計算長度，m。1/4/202418用于計算低壓燃氣管道時式4-15可予以簡化。

1/4/202419

對于低壓燃氣管道，認為Pm=P0,

代入4-15,可得

5.低壓燃氣管道基本計算公式：1/4/2024206.高、中壓管道的基本計算公式考慮城市燃氣管道的壓力一般都在1.6MPa以下，Z≈Z0=1,則中高壓管道的計算公式變?yōu)椋?/p>

1/4/202421P1—管道起點燃氣的絕對壓力，kPa；

P2—管道終點燃氣的絕對壓力，kPa;λ—燃氣管道的水利摩阻系數(shù)；Q0—燃氣管道的計算流量，Nm3/h；d—燃氣管道的內(nèi)徑，mm；ρ0—標準狀況下燃氣管道的密度，kg/Nm3；T—燃氣的絕對溫度，K；T0—標準狀態(tài)絕對溫度，T0=273.15K；Z—燃氣的壓縮因子；L—燃氣管道的計算長度，km。1/4/2024227.低壓管道的基本計算公式4-181/4/202423符號意義ΔP—管道起點燃氣的絕對壓力，Pa；λ—燃氣管道的水利摩阻系數(shù)；Q0—燃氣管道的計算流量，Nm3/h；d—燃氣管道的內(nèi)徑，m；ρ0—標準狀況下燃氣管道的密度，kg/Nm3；T—燃氣的絕對溫度，K；T0—標準狀態(tài)絕對溫度，T0=273.15K；L—燃氣管道的計算長度，m。1/4/202424三、燃氣管道的水力摩阻系數(shù)摩擦阻力系數(shù)λ是反映管內(nèi)燃氣流動摩擦阻力的一個無因次系數(shù)；其數(shù)值與燃氣在管內(nèi)的流動狀況、燃氣性質(zhì)、管道材質(zhì)（管道內(nèi)壁粗糙度）及連接方法、安裝質(zhì)量有關(guān)。是雷諾數(shù)Re和相對粗糙度的函數(shù)

1/4/202425雷諾數(shù)1/4/202426管壁粗糙度由于制管及焊接及安裝過程中的種種原因，管內(nèi)壁難免是凹凸不平的一般用絕對當(dāng)量粗糙度和相對當(dāng)量粗糙度來描述管壁的粗糙度絕對當(dāng)量粗糙度是指管內(nèi)壁凸起高度的統(tǒng)計平均值。相對當(dāng)量粗糙度是絕對當(dāng)量粗糙度與管道的內(nèi)半徑之比。1/4/202427流態(tài)劃分與邊界雷諾數(shù)流體在管路中的流態(tài)劃分為兩大類：層流和紊流。1/4/202428流態(tài)劃分與邊界雷諾數(shù)流體在管路中的流態(tài)劃分為兩大類：層流和紊流。1/4/2024291.層流區(qū)在層流區(qū)（Re≤2100）,摩阻系數(shù)λ值僅與雷諾數(shù)有關(guān)，可用式4-19計算：

式中Re—雷諾數(shù)，；d—管道內(nèi)徑，m；w—燃氣流動斷面的平均流速，m/s；ν—運動粘度，m/s2

1/4/2024302.臨界區(qū)當(dāng)2100<Re≤3500時，稱為臨界區(qū)。臨界區(qū)的摩阻系數(shù)，采用式（4-20）的扎依琴科公式計算

1/4/2024313.紊流區(qū)當(dāng)Re>3500時則為紊流區(qū)。紊流區(qū)包括水力光滑區(qū)、紊流過渡區(qū)（混合摩擦區(qū)）和阻力平方區(qū)。紊流區(qū)情況復(fù)雜，公式具有多種多樣，可分為通用公式和專用公式。1/4/2024323.紊流區(qū)—⑴通用公式①柯列勃洛克公式式（4-21）1/4/2024333.紊流區(qū)—⑴通用公式②阿里特蘇里公式式4-22是柯列勃洛克公式的一種簡化形式。式中d—管道內(nèi)徑，mm；

Δ—管道內(nèi)壁粗糙度，mm。鋼管一般取Δ=0.1~0.2mm，塑料管一般取Δ=0.01mm。

1/4/2024343.紊流區(qū)—⑴通用公式

③謝維列夫公式

它是適用于新鑄鐵管紊流區(qū)的綜合公式

式中m—系數(shù)，當(dāng)鑄鐵管為正常規(guī)格的長度時，m=0.284。則上式可寫成1/4/2024353.紊流區(qū)—⑴通用公式公式中d—管道內(nèi)徑，m。1/4/2024363.紊流區(qū)—⑵專用公式①水力光滑區(qū)A.尼古拉茲公式當(dāng)時，其摩阻系數(shù)為式4-251/4/2024373.紊流區(qū)—⑵專用公式當(dāng)時，摩阻系數(shù)的半經(jīng)驗公式為式4-26

1/4/2024383.紊流區(qū)—⑵專用公式B.謝維列夫公式對于新鋼管采用式4-271/4/2024393.紊流區(qū)—⑵專用公式對于新鑄鐵管，當(dāng)時采用式4-281/4/2024403.紊流區(qū)—⑵專用公式②過渡區(qū)A.謝維列夫公式對于新鋼管，當(dāng)時采用4-29式：1/4/2024413.紊流區(qū)—⑵專用公式對于新鑄鐵管，當(dāng)時采用式4-301/4/2024423.紊流區(qū)—⑵專用公式③尼古拉茲公式

當(dāng)時，采用4-311/4/2024433.紊流區(qū)—⑵專用公式B.謝維列夫公式對于新鋼管，當(dāng)時采用式4-321/4/2024443.紊流區(qū)—⑵專用公式對于新鑄鐵管，當(dāng)時采用4-33式1/4/2024453.紊流區(qū)—⑵專