第06章-燃气管网的水力计算

燃气输配燃气输配燃气输配燃气输配主讲教师：焦文玲第六章第六章第六章第六章燃气管网的水力计算燃气管网的水力计算燃气管网的水力计算燃气管网的水力计算教学内容：管道内燃气流动的基本方程式、城市燃气管道水力计算公式及计算图表、燃气分配管网计算流量及管网水力计算。基本要求：掌握用公式及图表进行城市燃气管道水力计算的方法，能够进行管网的水力平差计算。第2页第一节第一节第一节第一节管道内燃气流动的基本方程式管道内燃气流动的基本方程式管道内燃气流动的基本方程式管道内燃气流动的基本方程式一.不稳定流动方程式产生不稳定流的因素：可压缩；用气量变化；压送机工作台数。变化参数：管内燃气压力、流量、密度；多数情况下，看成等温流动第3页变化参数是距离和时间的函数),(τxPP=),(τρρx=),(τxWW=第4页（一）运动方程（一）运动方程（一）运动方程（一）运动方程运动方程的基础是牛顿第二定律，对于微小体积的流体可写为：微小体积流体动量的改变量等于作用于该流体上所有力的冲量之和。∑=idNIdτ��第5页动量变化：由两部分产生：不稳定性产生的；位移变化产生的。总的动量的改变量等于τρττρFdxdxWFdxdW∂∂+∂∂)()(2第6页�第一项：惯性项，具有定点的动量变化特征�第二项：对流项，从一组参数值改变为另一组参数值所得到的动量。第7页作用在微小体积上的力：压力、重力、摩擦力方向：压力：两个端面重力：垂直向下摩擦力：与流动相反第8页所有力的总冲量和：得运动方程式：τρλτρτFdxdWdaFdxdgFdxdxP2sin2−−∂∂−第9页ρλρρτρ2sin)()(22WdagxPxWW−−∂∂−=∂∂+∂∂（二）连续性方程（二）连续性方程（二）连续性方程（二）连续性方程由质量守恒定律导出：流入与流出的质量差等于体积中的质量增量。0)(=∂∂+∂∂xWρτρ第10页（三）气体状态方程式（三）气体状态方程式（三）气体状态方程式（三）气体状态方程式RTZPρ=第11页（四）方程组（四）方程组（四）方程组（四）方程组工程应用：惯性项、对流项大多数情况下，可忽略不计。当标高的差值不太大时，重力项一般不计。对燃气分配管网，简化运动方程。ρλ22WdxP=∂∂−第12页当引入C————声速以后，方程组可进一步简化。连续性方程()()ττρτρρ∂∂−=∂∂∂∂−=∂∂−=∂∂PCPPxW212CP=∂∂ρ第13页用来求解数值解：ρλ22WdxP=∂∂−()()xWCP∂∂=∂∂−ρτ2RTZPρ=),(τxW),(τxP()τρ,x第14页二．稳定流动方程式二．稳定流动方程式二．稳定流动方程式二．稳定流动方程式超高压、天然气长输管线：不稳定流动一般城市燃气管道按稳定流动：0=∂∂τP0=∂∂τρ0=∂∂τW第15页得稳定流动基本方程组常数=WρRTZPρ=第16页ρλ22WddxdP=−得燃气等温流动时的基本公式：222012005001.62QTZPPPLdTZλρ−=第17页当城市燃气管道的压力不大于1.6MPa,一般有得高中压水力计算公式：01ZZ==01TT=2220120051.62QPPPLdλρ−=第18页对于低压燃气管道,有所以低压水力计算公式当采用不同单位时，有各种公式。22121212()()2mPPPPPPPP−=−+=∆i122mPPP+=0mpP=LdQPPP05202181.0ρλ=−=∆第19页二．燃气管道的摩擦阻力系数二．燃气管道的摩擦阻力系数二．燃气管道的摩擦阻力系数二．燃气管道的摩擦阻力系数；)(Re,df∆=λνdw=Re第20页几种计算公式层流区：临界区：扎依琴柯公式30.0025Reλ=第21页Re64,Re,2100Re==λνWd紊流区该区复杂，计算公式多：（1）适用于各种管材、三个区的综合公式（2）适用于一定管材，一定阻力区的专用公式()⎧⎪⎨⎪⎩水力光滑区过渡区紊流过渡区阻力平方区第22页1．柯列勃洛克公式（综合公式）由于计算机应用得到广泛应用。12.512lg()3.7Redλλ∆=−+第23页2.阿里特苏里公式（综合公式）适用于钢管及其它光滑管道对不同管材，当量绝对粗糙度取值不同。0.25680.11()Redλ∆=+第24页3．谢维列夫公式（专用公式）A.水力光滑区B.过渡区C.阻力平方区第25页�复习题1）说明高中压水力计算公式中压力降与各变量的关系。2）说明低水力计算公式中压力降与各变量的关系。3）说明水力计算公式中各符号可能采用的国际单位及常用单位。第26页第二节第二节第二节第二节城市燃气管道水力计算城市燃气管道水力计算城市燃气管道水力计算城市燃气管道水力计算公式及计算图表公式及计算图表公式及计算图表公式及计算图表燃气管道水力计算，有两种途径：�将摩阻系数值的公式代入基本公式，依据公式进行计算；一、低压计算公式：层流、临界、紊流（钢管、铸铁管、塑料管）二、高压、中压计算公式：钢管、铸铁管、塑料管第27页�利用计算图表进行计算。三、燃气管道摩擦阻力损失计算图表水力计算图表有多少张？公式中涉及的变量有：燃气种类；压力：管材；管径；流量。第28页⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧液化石油气天然气铸铁管塑料管钢管低压高中压人工气第29页绘制图表的条件:�使用时应根据不同的燃气密度进行修正;低压高中压�阻力损失与流量不是直线关系,对数坐标。301/kgNmρ=第30页010ρρ⋅⎟⎠⎞⎜⎝⎛∆=∆=LPLP01222122210ρρ⋅⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=−=LPPLPP第31页【例6-16-16-16-1】已知人工燃气密度0.70.70.70.7公斤每标准立方米，运动粘度（数值略），中压钢管直径219219219219****7777，长200m200m200m200m，起点压力150kPa150kPa150kPa150kPa，燃气流量2000200020002000标准立方米每小时，求零度时该管段末端压力。【解】公式法，单位换算，长0.2km0.2km0.2km0.2km，直径205mm205mm205mm205mm，当量绝对粗糙度0.17，用公式（6-38），得末端压力P2=148.7kPaP2=148.7kPaP2=148.7kPaP2=148.7kPa第32页图表法：查图6-26-26-26-2，密度为1111时压力平方差3.13.13.13.1，做密度修正后：3.13.13.13.1****0.7=2.170.7=2.170.7=2.170.7=2.17再用高中压的单位长度压力降公式，求得末端压力P2=148.7kPaP2=148.7kPaP2=148.7kPaP2=148.7kPa第33页【例6-26-26-26-2】已知人工燃气密度0.50.50.50.5公斤每标准立方米，运动粘度（数值略），温度15151515度燃气流经100m100m100m100m长的低压钢管，流量10101010标准立方米每小时，管段压力降为4Pa4Pa4Pa4Pa，求该管道管径。【解】图表法：密度0.50.50.50.5时,,,,单位长度摩擦阻力损失为0.04Pa/m;0.04Pa/m;0.04Pa/m;0.04Pa/m;密度修正后，0.04/0.5=0.08Pa/m;0.04/0.5=0.08Pa/m;0.04/0.5=0.08Pa/m;0.04/0.5=0.08Pa/m;据此及流量查图6-36-36-36-3，得管径80mm80mm80mm80mm公式法需要判断流动状态。第34页第35页局部损失阻力局部损失阻力局部损失阻力局部损失阻力局部阻力损失:式中:————局部压力损失————计算管段中局部阻力系数的总和22WPξ∆=∑P∆ξ∑第36页城市燃气管道一般不一一计算局部阻力,而用增加管段计算长度；室内燃气管道引进当量长度概念.第37页22212;22lWWPPdggλξ∆=∆=∑22222lWWdggλξ=∑2dlξλ=∑i为当量长度12lll+=为计算长度第38页一般当量长度占实际管边长的5-10%;高中压取5%,低压取10%;室内管道和街区低压应逐个计算。第39页附加压头附加压头附加压头附加压头附加压头是空气对流动的燃气所产生的向上的浮力,发生在始末端标高差变化甚大的个别管段:主要是室内管式中:————终端和始端的标高差(m)()agPgHρρ∆=−∆H∆第40页�练习题1）练习查图表进行管道水力计算。2）练习查图表确定当量计算长度。第41页第三节第三节第三节第三节燃气分配管网计算流量燃气分配管网计算流量燃气分配管网计算流量燃气分配管网计算流量一．分配管段计算流量确定燃气分配管道连接方式①只有转输流量的管段QNQ2Q1=0LAB第42页②只有途泄流量的管段QQQQ1111QQQQNNNNLLLLQ2=0BA第43页③最常见的分配管段Q1Q1Q1Q1QNQNQNQNLQ2Q2Q2Q2BA第44页我们称：QQQQ1111为途泄流量；QQQQ2222为转输流量；如何确定分配管道的计算流量。确定分配管道计算流量原则：以计算流量Q求得的管段压力降与变负荷管段的实际压力降相等。第45页式中：QQQQ――――――――计算流量（NmNmNmNm3333/h/h/h/h）QQQQ1111――――――――途泄流量（NmNmNmNm3333/h/h/h/h）QQQQ2222――――――――转输流量（NmNmNmNm3333/h/h/h/h）α――――――――与途泄流量和转输流量之比，沿途支管数有关的系数21QQQ+=α第46页QNQ2qqqq1111qqqq2222qqqq3333qqqqn-1n-1n-1n-1qqqqnnnnLLLL＝(n(n(n(n＋1)1)1)1)ｌ假定水力计算公式BA第47页lKQp75.1=∆对于管段上任一小段yyyy的燃气流量为：qyQQNy)1(−−=;])1([])1([75.1175.1∑∑∑−−=−−=∆=∆nQyQKlqyQKppNNy第48页�将代入上式，令�则nQq1=xQQN=1NxQQ=1∑∑+=−−+⋅⋅=−−⋅=∆1175.175.175.175.1])1(1[1])1(1[nylNlNnxynLQKlnxyQKp)]12(11.088.01[275.1++−=∆nnxxLKQpN第49页•而当以为计算流量时，其管段压降等于：75.175.175.1175.175.12175.175.121)1()()()(xxLKQLQQQxKQLQQQQKQLQQKpNNNNNNN−+=−+=+=+=∆αααα21QQQ+=α第50页当xxxx＝0000，α无效；xxxx→0000，当xxxx＝1111，nnnn→∞（转输流量为0000），α＝0.5620.5620.5620.562当xxxx＝0000→1111，nnnn＝1111→∞时，α＝0.67-0.560.67-0.560.67-0.560.67-0.56xxnnxx)1()12(11.088.0175.12−−++−=α5.0lim0=→αx第51页一般情况：nnnn＞5555～10101010个，xxxx≈0.30.30.30.3～1.01.01.01.0，α～0.50.50.50.5～0.60.60.60.6取α＝0.550.550.550.55得燃气分配管段计算流量公式2155.0QQQ+=第52页二．途泄流量的计算假设沿途流量只包括大量的居民用户和小型的公共建筑用户，并且是均匀分布的。第53页计算方法：①按人口密度划分成小区；②分别计算各小区的用气量（e×N）；③分别计算各小区的单位长度途泄流量④计算各管段的途泄流量。∑=lQq∑⋅=lqQ第54页三、节点流量流量的一种表示方式。根据途泄流量的0.55发生在管道终点,0.45发生在管道起点。2155.0QQQ+=第55页�练习题1）练习途泄流量的计算。2）练习节点流量的计算。3）说明燃气分配管道连接方式。第56页第四节第四节第四节第四节管网水力计算管网水力计算管网水力计算管网水力计算一、枝状管网水力计算（一）枝状管网水力计算特