1、第2章 氣體輸配管網(wǎng)水力特征與水力計算,2.1氣體管流水力特征 2.1.1氣體重力管流水力特征 豎管內(nèi)的重力流 例1：如右圖示 管內(nèi)氣體由1流向2斷面，能量方程為：,其中：Pj1=0， Pj2=0， v1=0，上式變?yōu)椋?2.1 氣體管流水力特征,*結(jié)論： 流動損失的壓力來源于進出口之間的位壓。 位壓動力大小取決于管道進出口高差和內(nèi)外氣體密度差 當(dāng)密度小于室外空氣密度，流動向上；當(dāng)密度大于室外空氣密度，流動向下。,U形管內(nèi)的重力流 例2：如右圖示，假設(shè)管內(nèi)氣體由1流向2斷面，斷面1和D間能量方程為：,以上兩式相加得：,斷面D 和2之間的能量方程為：,*結(jié)論： U型管道內(nèi)的氣體流動動力取決于兩豎

2、直管段內(nèi)的氣體密度差（1 2）和管道高度（H2H1）之積。 密度相對較大的豎管內(nèi)氣體下流，相對較小的豎管內(nèi)氣體上流。,閉式環(huán)型管內(nèi)的重力流 例3：如把例2圖變?yōu)橛覉D，形成封閉循環(huán)管道，其能量方程為：,返回,繼續(xù),*結(jié)論： 無機械動力的閉式管道中，流動動力取決于兩豎直管段內(nèi)的氣體密度差（1 2）和管道高度（H2H1）之積。 密度相對較大的豎管內(nèi)氣體下流，相對較小的豎管內(nèi)氣體上流。,2.1.2氣體壓力管流水力特征 當(dāng)管道內(nèi)部、管道內(nèi)外不存在密度差，或是水平管網(wǎng)，則有： g（a-）（H2-H1）= 0 即位壓為零，則式：,變?yōu)椋?即：,結(jié)論1： 位壓為0的管道中，兩斷面之間的流動阻力等于兩斷面間的全

3、壓差。,對公式：,變?yōu)椋?*結(jié)論： 當(dāng)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； 當(dāng) 下游斷面的靜壓低于上游斷 面的靜壓； 當(dāng) 兩斷面的靜壓相等 當(dāng) 下游斷面的靜壓大于上游斷面的靜壓,2.1.3壓力和重力綜合作用下的氣體管流水力特征 由,得：,壓力作用,重力作用,結(jié)論： 第一項兩斷面之間的全壓差反映壓力作用；第2項位壓反映重力的作用；二者綜合作用，克服流動阻力P12，維持管內(nèi)流動。二者的綜合作用并非總是相互加強的。 若壓力驅(qū)動的流動方向與位壓一致，則二者淙合作用加強管內(nèi)氣體流動， 若驅(qū)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流動阻力。,2.2流體輸

4、配管網(wǎng)水力計算的 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)的管徑或阻力；求得管網(wǎng)特性曲線，為匹配管網(wǎng)動力設(shè)備準備條件，進而確定動力設(shè)備 或者根據(jù)已定的動力設(shè)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(xué)一元流體流動連續(xù)性方程和能量方程及串、并聯(lián)管路流動規(guī)律。動力設(shè)備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。 管段中的流動阻力包括沿程阻力和局部阻力。,2.1.1摩擦阻力的計算,其中：為摩阻系數(shù)， l為管長，d為管徑或流速當(dāng)量直徑（4Rs，Rs=f/x），Rm為單位長度摩擦阻力。,對高中壓燃氣管網(wǎng)（P10KPa）由動量方程、氣體

5、狀態(tài)方程和連續(xù)方程得：,（2-2-1）,摩阻系數(shù)的確定：,1、層流區(qū)Re2000,2、臨界區(qū)Re=2000-4000,3、紊流區(qū)Re4000,對低壓燃氣管網(wǎng)（P10KPa）式2-2-1可簡化為：,謝維列夫公式,1、新管公式 新鋼管公式 新鑄鐵管公式 綜合公式 2、舊管公式 舊鋼管公式 舊鑄鐵管公式 綜合公式,2.2.2局部阻力計算,2.2.3常用的水力計算方法 *1、假定流速法(按照技術(shù)經(jīng)濟比較確定推薦的風(fēng)道流速（經(jīng)濟流速） ，然后根據(jù)風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)量來確定風(fēng)道斷面尺寸和阻力損失) *2、壓損平均法(風(fēng)管系統(tǒng)的風(fēng)機壓頭已知或?qū)Ψ种Ч苓M行阻力平衡) *3、靜壓復(fù)得法(特別適合于多條主風(fēng)道，而每條主風(fēng)

6、道又有很多分支道，出風(fēng)口或末端裝置均有相同的靜壓),水力計算步驟（假定流速法）,計算前，完成管網(wǎng)布置，確定流量分配 繪草圖，編號 確定流速 確定管徑 計算各管段阻力 平衡并聯(lián)管路 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(shè)備,水力計算步驟（平均壓損法）,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L和Q，定最不利環(huán)路。 根據(jù)資用動力，計算其平均Rm。 根據(jù)Rm和各管段Q，確定其各管段管徑。 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Rm和各管段Q，確定其管徑。,水力計算步驟（靜壓復(fù)得法）,計算前，完成管網(wǎng)布置 確定管道上各孔口的出流速度。 計算各孔口

7、處的管內(nèi)靜壓Pj和流量。 順流向定第一孔口處管內(nèi)流速、全壓和管道尺寸。 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Pd2。 計算第二孔口處的管內(nèi)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。,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 首先完成管道布置、設(shè)備和各排送風(fēng)點位置的確定； 排送風(fēng)點風(fēng)量和各管段風(fēng)量的確定 計算步驟見2.2.3 2.3.1.1管道流速和管道斷面尺寸的確定 （1）繪制系統(tǒng)圖 （2）確定管內(nèi)流速 一般采用經(jīng)濟流速，表2313 （3）根據(jù)確定流速確定風(fēng)管管徑，計算阻力（包括摩擦阻力(沿程阻力)和局部阻力

8、）,2.3.1.2摩擦阻力計算 選最不利環(huán)路計算阻力 值的確定,Rm值的計算和修正 制成圖表，已知流量、管徑、流速、阻力四個參數(shù)中兩個，可查得其余兩個，是在一定條件下锝出,Rm值的計算和查?。藴薁顟B(tài)下）：,返回,返回,Rm值的修正： （1）密度、運動粘度的修正,（2）溫度、大氣壓和熱交換修正,繼續(xù),式中,（3）管壁粗糙度的修正,矩形風(fēng)管的摩擦阻力計算 主要考慮當(dāng)量直徑的確定，有流速當(dāng)量直徑和流量當(dāng)量直徑 （1）流速當(dāng)量直徑,例2-1有一表面光滑的磚砌風(fēng)道（K3mm），斷面500400mm，L1m3/s，求Rm,解：v1(0.4 0.5)=5 m/s Dv=2ab/(a+b)=444mm 查圖

9、2-3-1 得Rm00.62Pa/m Kr=(3 5)0.25=1.96 Rm=1.96 0.62=1.22 Pa/m,（2）流量當(dāng)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/m Kr=(3 5)0.25=1.96 Rm=1.96 0.61=1.2Pa/m,2.3.1.3局部阻力計算,2.3.1.4并聯(lián)管路的阻力平衡 （1）目的：管路風(fēng)量達到預(yù)期值，力求各支路阻力相等，各管路阻力差小于15%，含塵風(fēng)管小于10% （2）平衡的方法： 調(diào)整管徑 閥門調(diào)節(jié)：, 通過查手冊獲得,2.

10、3.1.5 計算系統(tǒng)總阻力和獲得管網(wǎng)特性曲線,（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）,或,其中：,2.3.6計算例題,例2-3 如圖所示通風(fēng)管網(wǎng)。風(fēng)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,解：,1對各管段進行編號，標出管段長度和各排風(fēng)點的排風(fēng)量。 2選定最不利環(huán)路，本系統(tǒng)選擇1-3-5-除塵器-6-風(fēng)機-7為最不利環(huán)路。 3根據(jù)各管段的風(fēng)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。 根據(jù)表2-3-3，輸送含有輕礦物粉塵的空氣時，風(fēng)管內(nèi)

11、最小風(fēng)速為：垂直風(fēng)管12m/s，水平風(fēng)管14m/s。 考慮到除塵器及風(fēng)管漏風(fēng)，取 5的漏風(fēng)系數(shù)，管段 6及 7的計算風(fēng)量為 6300*1.05 6615m3h。,返回,管段1 水平風(fēng)管，初定流速為14m/s。根據(jù) Ql 1500m3/h（0.42m3/s）、v1= 14m/s所選管徑按通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)格調(diào)整為：D1200mm；實際流速v113.4m/s；由圖2-3-1查得，Rm1=12.5Pa/m 同理可查得管段3、5、6、7的管徑及比摩阻，具體結(jié)果見表2-3-5。 4.確定管段2、4的管徑及單位長度摩擦力，見表2-3-5。 5.計算各管段局部阻力 例如：,繼續(xù),420,返回,6.計算各管段的沿

12、程阻力和局部阻力(見表2-3-5) 7.對并聯(lián)管路進行阻力平衡：,繼續(xù),圖,返回,8.計算系統(tǒng)總阻力，獲得管網(wǎng)特性曲線 最不利環(huán)路所有串聯(lián)管路1-3-5-6-7阻力之和。,繼續(xù),返回1,返回2,2.3.7均勻送風(fēng)管道設(shè)計,一、設(shè)計原理,繼續(xù),靜壓產(chǎn)生的流速為：,空氣在風(fēng)管內(nèi)的流速為：,空氣從孔口出流時的流速為：,如圖所示：出流角為：,返回,孔口出流風(fēng)量：,由上式得f0上的平均流速v0為：,繼續(xù),返回,風(fēng)口的流速分布如圖：（矩形送風(fēng)管斷面不變）,*要實現(xiàn)均勻送風(fēng)可采取的措施（如圖） 1、設(shè)阻體； 2、改變斷面積； 3、改變送風(fēng)口斷面積； 4、增大F，減小f0。,繼續(xù),返回,二、實現(xiàn)均勻送風(fēng)的基本

13、條件： 保持各側(cè)孔靜壓、流量系數(shù)相等, 增大出流角。 1、保持各側(cè)孔靜壓Pj相等；,2、保持各側(cè)孔流量系數(shù)相等； 與孔口形狀、流角以及L0/L= 有關(guān)，當(dāng)大于600， 一般等于0.6,3、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(cè)孔流量系數(shù) 1、直流三通局部阻力系數(shù)：由L0/L查表2-3-6； 2、側(cè)孔流量系數(shù)=0.60.65； 四、均勻送風(fēng)管道計算方法,繼續(xù),返回,五、計算例題 如圖所示：總風(fēng)量為8000m3/h的圓形均勻送風(fēng)管道采用8個等面積的側(cè)孔均勻送風(fēng)，孔間距為1.5M，確定其孔口面積、風(fēng)管各斷面直徑及總阻力。,繼續(xù),解：1、確定孔口平均流速v0，,注意：

14、把每一段起始斷面的動壓作為該管段的平均動壓，并假設(shè)、為常數(shù)，將產(chǎn)生一定誤差，但在工程實際是允許的。,（2-3-24）,2.3.1.8 中、低壓燃氣管網(wǎng)水力計算,低壓管道摩擦阻力計算公式,對低壓燃氣管網(wǎng)（P10KPa）由式2-2-1可得：,1、層流區(qū)Re2100,2、臨界區(qū)Re=21003500,摩阻系數(shù)的確定：,1) 鋼管,2) 鑄鐵管,3、紊流區(qū)Re3500，并與管材有關(guān),水力計算圖表 編制條件： 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),中、高壓管道摩擦阻力計算公式,（2-3-30）,對中壓燃氣管網(wǎng)（P10KPa）由式2-2-1 可得：,摩阻系數(shù)的確定：,1) 鋼管,2)

15、 鑄鐵管,中、高壓管道水力計算圖表,室內(nèi)燃氣管道計算,在室內(nèi)燃氣管運計算之前，一必須先選定和布置用戶燃氣用具，并畫出管道系統(tǒng)圖。 計算步驟： 1將各管段按順序編號，凡是管徑變化或流量變化處均應(yīng)編號。 2求出各管段的額定流量，根據(jù)各管段供氣的用具數(shù)得同時工作系數(shù)值，可求得各管段的計算流量 3由系統(tǒng)圖求得各管段的長度，并根據(jù)計算流量預(yù)定各管段的管徑。 4算出各管段的局部阻力系數(shù)，求出其當(dāng)量長度，可得管段的計算長度。 5. 用水力計算圖查得各管段比摩阻，計算阻力，并修正,6.計算各管段的附加壓頭（重力壓頭） 7求各管段的實際壓力損失 10求室內(nèi)燃氣管道的總壓力降，對于人工燃氣計算壓力降一般不超過80

16、100Pa（不包括燃氣表的壓力降）。 9以總壓力降與允許的計算壓力降相比較，如不合適。則何改變個別管段的管徑。 【例 25】試作五層住宅樓的室內(nèi)燃氣管道的水力計算，每家用戶裝雙眼灶一臺，額定用氣量為l.4Nm3h，燃氣密度為0.46kgNm3，運動粘度為 25 x 106m2s,返回,返回,低壓管網(wǎng)計算壓力降,返回,繼續(xù),低壓管網(wǎng)總計算壓力降P=0.75Pn+150Pa 人工燃氣Pn=1000Pa 天然氣Pn=2000Pa 液化石油氣Pn=3000Pa 干管：0.5Pn，庭院管： 0.15Pn 室內(nèi)管,三、靜壓復(fù)得傳統(tǒng)算法的疑點：,返回,繼續(xù),a傳統(tǒng)靜壓復(fù)得法聲稱：只要在主風(fēng)道各三通節(jié)點上游斷面保持相同的靜壓就能保證各完全相同的支風(fēng)道送風(fēng)量相等。不禁要問：這豈不與并聯(lián)節(jié)點全壓平衡原理相抵觸嗎？！ b眾所周知，伯努利方程的應(yīng)用條件之一是所選斷面