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)。,管內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)基本方程式 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) 管內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)基本方程式,不穩(wěn)定流動(dòng)方程式 穩(wěn)定流動(dòng)方程式 燃?xì)夤艿赖哪Σ?/p>

2、阻力系數(shù),一、不穩(wěn)定流動(dòng)方程式,不穩(wěn)定流動(dòng)：運(yùn)動(dòng)參數(shù)均沿管長隨時(shí)間變化，它們是距離和時(shí)間的函數(shù)。 燃?xì)獠环€(wěn)定流動(dòng)的原因： 氣源工作的不穩(wěn)定 壓氣設(shè)備工作的不穩(wěn)定 燃?xì)庥脩粲脷饬侩S時(shí)間變化的不穩(wěn)定,決定燃?xì)饬鲃?dòng)狀態(tài)的參數(shù)：,壓力P 密度 流速 溫度 四者是隨時(shí)間、離起點(diǎn)的距離x而變的函數(shù),在多數(shù)情況下，管道內(nèi)燃?xì)獾牧鲃?dòng)可認(rèn)為是等溫的，其溫度等于埋管周圍土壤的溫度。因此，決定燃?xì)饬鲃?dòng)狀態(tài)的參數(shù)為：,解決問題的思路：,為了求得P、及W必須借助于三個(gè)方程： 運(yùn)動(dòng)方程 連續(xù)性方程 狀態(tài)方程,兩點(diǎn)說明： 管道內(nèi)燃?xì)獾牧鲃?dòng)為一維流動(dòng)； 管道內(nèi)燃?xì)獾牧鲃?dòng)為等溫流動(dòng)。,（一）、運(yùn)動(dòng)方程,物體動(dòng)量的改變等于作用于

3、該流體上所有力的沖量之和,微小體積燃?xì)鈩?dòng)量的向量 作用力沖量的向量,1、動(dòng)量的變化,動(dòng)量隨時(shí)間的變化：,指氣體微元Fdx，由于在d時(shí)間內(nèi)過程的不穩(wěn)定所發(fā)生的改變量，可表示為：,這一項(xiàng)表示d時(shí)間內(nèi)過程的不穩(wěn)定性造成的動(dòng)量的改變量。,動(dòng)量隨位置的變化：,1、動(dòng)量的變化,由于流體的流動(dòng)和位移，因斷面上參數(shù)值的變化而引起的動(dòng)量的改變量。,總的動(dòng)量改變量,燃?xì)馕⒃狥dx的總的動(dòng)量改變量為動(dòng)量隨時(shí)間的改變量與動(dòng)量隨位置的改變量的和。,慣性項(xiàng)，反映了流動(dòng)的不穩(wěn)定性，具有定點(diǎn)的動(dòng)量變化的特征。,對流項(xiàng)，反映因位置變化而引起參數(shù)變化所造成的動(dòng)量的改變量。為了使氣流加速而消耗的功。,2、燃?xì)馕⒃氖芰Ψ治?燃?xì)馕?/p>

4、元?jiǎng)恿康母淖兞渴怯捎谑芰Φ挠绊懀治鋈細(xì)馕⒃氖芰τ诮⑦\(yùn)動(dòng)方程十分重要 管道中燃?xì)馕⒃谶\(yùn)動(dòng)過程中的受力包括： 壓力 重力 摩擦力,壓力的沖量,沿氣流方向作用于x斷面上的壓力為P F 在斷面(x+dx)上，壓力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，大小為： 壓力作用在燃?xì)馕⒃狥dx上的沖量為,重力的沖量,重力在管道坐標(biāo)軸上分力的沖量可表示為：,摩擦力的沖量,dT摩擦力； 0沿周邊的平均切應(yīng)力； d 管道內(nèi)徑。,摩擦力的計(jì)算，可由水力學(xué)計(jì)算公式得到：,摩擦力的沖量為：,作用于燃?xì)馕⒃系目倹_量：,把各項(xiàng)帶入動(dòng)量方程，并消去Fdxd得運(yùn)動(dòng)方程：,（二）連續(xù)性方程,由質(zhì)量守恒定律導(dǎo)出，即對于相同的燃?xì)馕⑿◇w積F

5、dx，在d時(shí)間內(nèi)通過斷面x流入的質(zhì)量與通過斷面（x+dx)流出的質(zhì)量之差應(yīng)該等于微元體質(zhì)量的增量。,d時(shí)間內(nèi)質(zhì)量增量：,d時(shí)間內(nèi)通過斷面x流入的質(zhì)量,d時(shí)間內(nèi)從斷面（x+dx)上流出的質(zhì)量,連續(xù)性方程：,(三) 氣體狀態(tài)方程,對于高壓燃?xì)鈶?yīng)考慮其壓縮性,(四) 方程組,該方程組可用來求得燃?xì)夤艿乐腥我唤孛鎥和任一時(shí)間的氣流參數(shù)壓力、密度和流速。 這是一組非線性的偏微分方程組，一般情況下沒有解析解。 但工程上常可忽略某些對計(jì)算結(jié)果影響不大的項(xiàng)，并用線性化的方法簡化后求得近似解。,（五）方程組的簡化分析,主要對運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行簡化：,1、慣性項(xiàng)只有在燃?xì)饬髁侩S時(shí)間的變化極為劇烈時(shí)才有意義，故正常情況下

6、可忽略； 2、對流項(xiàng)只有在燃?xì)馑俣冉咏曀贂r(shí)才有影響，而通常燃?xì)夤艿乐?，氣體的流速只有2040m/s，可以忽略； 3、城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中地勢變化不太大時(shí)，低壓管道的計(jì)算中可以忽略重力項(xiàng)的影響；,二、穩(wěn)定流動(dòng)方程式,規(guī)范規(guī)定,城市燃?xì)夤艿赖膲毫Σ怀^40公斤，設(shè)計(jì)燃?xì)夤艿罆r(shí)燃?xì)饬鲃?dòng)的不穩(wěn)定性可不予考慮，當(dāng)作穩(wěn)定流動(dòng)來處理。,即：,方程組變?yōu)椋?引入質(zhì)量流量的概念：,P1、P2-管道始末端的燃?xì)饨^對壓力，Pa； Q0燃?xì)夤艿烙?jì)算流量，Nm3/s； d 管道內(nèi)徑，m； 0-燃?xì)獾拿芏龋琸g/Nm3； P0標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，P1=101325 Pa； T 燃?xì)饨^對溫度，K； T0燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對溫度，T0=27

7、3K；Z壓縮系數(shù)，K； Z0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮系數(shù)； L 管道長度，m；,穩(wěn)定流動(dòng)燃?xì)夤艿赖乃?：,假設(shè)條件：穩(wěn)定流；等溫過程； 適用于高壓與低壓燃?xì)夤艿阑竟?。,對于低壓燃?xì)夤艿?，可以做進(jìn)一步的簡化：,Pm=(P1 +P2)/2P0； 所以低壓管道的基本計(jì)算公式表達(dá)為下列形式 ：,若采用習(xí)慣的常用單位，并考慮城市燃?xì)夤艿赖膲毫σ话阍?.0Mpa以下，故可以取Z=Z0=1，則高、中壓及低壓燃?xì)夤艿赖挠?jì)算公式，又可分別表示為：,高、中壓燃?xì)夤艿溃?低壓燃?xì)夤艿溃?式中：P1、P2-管道始末端的燃?xì)饨^對壓力，KPa； -燃?xì)夤艿姥爻套枇ο禂?shù)； Q0-燃?xì)夤艿烙?jì)算流量，Nm3/h； d -管

8、道內(nèi)徑，mm； 0-燃?xì)獾拿芏龋琸g/Nm3； T -設(shè)計(jì)中所采用的燃?xì)饨^對溫度，K； T0-燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對溫度，T0=273K； L -燃?xì)夤艿赖挠?jì)算長度，km；,三、燃?xì)夤艿赖哪Σ磷枇ο禂?shù),簡稱摩阻系數(shù) 反映管內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)摩擦阻力的一個(gè)無因次系數(shù) 其數(shù)值與燃?xì)獾牧鲃?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)和相對粗糙度的函數(shù),紊流區(qū)包括水力光滑區(qū)、過渡區(qū)和阻力平方區(qū)。該區(qū)的流動(dòng)狀態(tài)比較復(fù)雜，摩阻系數(shù)的計(jì)算公式很多，下面僅介紹城市燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范推薦的適用于紊流三個(gè)區(qū)的綜合公式。,層流區(qū)(Re2100) 臨界區(qū)(Re=21003500) 紊流三個(gè)區(qū)(Re3500)

9、鋼管、塑料管 鑄鐵管,管道內(nèi)表面當(dāng)量絕對粗糙度，對于鋼管取0.2mm，塑料管取0.01mm； 0攝氏度、1.01325105Pa時(shí)的燃?xì)膺\(yùn)動(dòng)粘度，m2/s。,第二節(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(shí)，由于不同種類燃?xì)獾拿?/p>

10、度、粘度等有很大的不同，所以計(jì)算圖表也不同。,決定水力計(jì)算圖表的因素主要有三個(gè)，不同的燃?xì)夥N類、管道的壓力級(jí)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(shí)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)動(dòng)粘度： 人工燃?xì)猓?天然氣：,3、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(dòng)粘度：,15時(shí)燃?xì)饬鹘?jīng)l=100m長,的低壓燃?xì)怃摴?，?dāng)流量Q010Nm3/h時(shí)，管段壓力降為4Pa，求該管道管徑。,圖表法：,據(jù)d計(jì)算Re=17682100,層流區(qū)。假設(shè)正確，計(jì)算有效。,據(jù)

11、流量和壓降查表得：d=80mm,已知人工燃?xì)饷芏?.7kg/Nm3，運(yùn)動(dòng)粘度2510-6m2/s，有2197中壓燃?xì)怃摴埽L200m，起點(diǎn)壓力150KPa，輸送燃?xì)饬髁?000Nm3/h，求0時(shí)該管段末端壓力。 公式法 圖表法,例 題 2：,由于空氣與燃?xì)饷芏炔煌?，?dāng)管道始、末端存在標(biāo)高差時(shí)，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(gè)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(dòng)氣體上升時(shí)將產(chǎn)生一種升力，下降時(shí)將增加阻力

12、。,管道內(nèi)流動(dòng)氣體下降時(shí)將產(chǎn)生一種升力，上升時(shí)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。,P1,P2,0.6m,17m,五、局部阻力損失計(jì)算,城市燃?xì)夥峙涔芫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)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(shí)，由

13、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(dòng)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：,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(shí)，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

14、單位長度摩擦阻力損失，就可得到該管段的壓力損失。,第三節(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?/p>

15、配管道計(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上取第y個(gè)小管

16、段，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(gè)管段的壓力降為：,將括號(hào)內(nèi)各項(xiàng)以麥克勞林級(jí)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(shí)，整個(gè)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：,水力計(jì)算公式中冪指數(shù)為1.75時(shí)所得值,對于燃?xì)夥峙涔艿?，分支管?shù)一般不少于510個(gè)，x值在0.31.0之間。此時(shí)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(shí)，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)

17、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、工業(yè)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(gè)街區(qū)居民用氣量及小型公共建筑年用氣量、小時(shí)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(gè)街區(qū)的燃?xì)庥?jì)算流量和燃?xì)夤艿?/p>

18、的長度，計(jì)算管道單位長度向該街區(qū)供應(yīng)的途泄流量。,11,11,（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(gè)小區(qū)的公共管道，需同時(shí)向兩側(cè)供氣時(shí)，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、從管網(wǎng)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)輸流量及計(jì)算流量。,1,2,3,4,5,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,2,3,4,5,1,60,80,130,110,100,第四節(jié) 枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算,枝狀管網(wǎng)水

19、力計(jì)算特點(diǎn) 枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算步驟 枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算舉例,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(gè)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(gè)。,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(hào)。 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

20、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(dòng)管徑，直到總壓力降小于并盡量趨近允許值為止。,三、枝狀管網(wǎng)計(jì)算舉例1,1,2,3,8,4,6,7,5,1-1000,6-400,4-400,7-700,2-700,5-600,3-800,管段號(hào)管長m,節(jié)點(diǎn)流量Nm3/h,2000,3000,2000,2000,如圖所示中壓管道，1為源點(diǎn)，4、6、7、8為用氣點(diǎn)（中-低壓調(diào)壓器），已知?dú)庠袋c(diǎn)的供氣壓力可達(dá)200kPa，保證調(diào)壓器正常運(yùn)行的調(diào)壓器進(jìn)口壓力為120kPa。,燃?xì)饷芏葹?kg/Nm3，運(yùn)動(dòng)粘度

21、為2510-6m2/s。各管段長度及調(diào)壓器的流量如圖所示，若使用鋼管，求各管段的管徑。,確定氣流方向，并根據(jù)圖示各調(diào)壓器的輸氣量（中壓管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)流量），計(jì)算各管段的計(jì)算流量：,3-800,3000,2000,5000,2000,2000,4000,9000,3-800,3000,2000,5000,2000,2000,4000,9000,選管道1-2-3-4為本枝狀管網(wǎng)的干管，總長度=2500m，先行計(jì)算。,根據(jù)氣源點(diǎn)的供氣壓力及調(diào)壓器進(jìn)口的最小需求壓力確定干管的允許壓力平方差： 2002-1202=25600(kPa)2,則干管的單位長度允許壓力平方差（含5%的局部阻力）為： 25600/(

22、25001.05)=9.75(kPa)2/m,1,2,3,8,4,6,7,5,1-1000-325,6-400,4-400,7-700,2-700-273,5-600,2000,2000,3000,2000,3-800-219,3000,2000,5000,2000,2000,4000,9000,1,2,3,8,4,6,7,5,1-1000-325,6-400,4-400,7-700,2-700-273,5-600,2000,2000,3000,2000,3-800-219,3000,2000,5000,2000,2000,4000,9000,由各管段的管徑及其管段流量得到各管段單位長度壓力平

23、方差(kPa)2/m，（含局部損失5%）。,7,5.4,6.3,計(jì)算干管單位長度壓力平方差,1,2,3,8,4,6,7,5,1-1000-325,6-400,4-400,7-700,2-700-273,5-600,2000,2000,3000,2000,3-800-219,3000-5292,2000,5000-3969,2000,2000,4000,9000-7350,5.4,6.3,管段1： 1.0571000=7350 (kPa)2,管段2： 1.055.4700=3969 (kPa)2,計(jì)算干管總壓力降,7,管段3： 1.056.3800=5292 (kPa)2,干管總壓力降： =73

24、50+3969+5292=16611(kPa)2,檢查計(jì)算結(jié)果,1,2,3,8,4,6,7,5,1-1000-325,6-400,4-400,7-700,2-700-273,5-600,2000,2000,3000,2000,3-800-219,3000-5292,2000,5000-3969,2000,2000,4000,9000-7350,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(dòng)管徑，直到總壓力降小于并盡量趨近允許值為止。,計(jì)算干管上各節(jié)點(diǎn)壓力：,P3 =(1202+5292)0.5 =140.3kPa P2 =(140.32+3969)0.5 =153.8k

25、Pa P1 =(153.82+7350)0.5 =176.1kPa,176.1,153.8,140.3,120,P1 =176.1kPa200kPa 計(jì)算合格,枝管計(jì)算,1,2,3,8,4,6,7,5,1-1000-325,6-400,4-400,7-700,2-700-273,5-600,2000,2000,3000,2000,3-800-219,3000-5292,2000,5000-3969,2000,2000,4000,9000-7350,176.1,153.8,140.3,120,管段7由其起點(diǎn)壓力得單位長度允許壓力平方差為： (140.32-1202)/(7001.05) =7.1

26、9 (kPa)2/m 初選管徑219mm，相應(yīng)單位長度壓力平方差為3.1 (kPa)2 /m 得到管段7的壓力平方差為 1.053.1700=2279 (kPa) 2 節(jié)點(diǎn)8的壓力為 (140.32-2279)0.5=131.9kPa 120，滿足要求,計(jì)算支管4、5、6依此類推。,某低壓配氣管網(wǎng)，輸送天然氣，物性已知，輸送溫度、壓力已知，鋼管，管內(nèi)壁當(dāng)量粗糙度已知，各管段長度已知。已知1-6干線及支線單位長度途泄流量，節(jié)點(diǎn)5有集中負(fù)荷。,四、枝狀管網(wǎng)計(jì)算舉例2,計(jì)算各管段途泄流量 計(jì)算各管段計(jì)算流量 干管允許壓力降已知，d及各節(jié)點(diǎn)壓力 ,第五節(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

27、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(shí)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(huì)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(dòng)時(shí)，只導(dǎo)致該管段壓力降數(shù)值的變化，而不會(huì)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(gè)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(gè)未知量。,（二）環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算方法,每條管段：3個(gè)未知量 管段數(shù)：P 未知數(shù)個(gè)數(shù)：3P 需要列出方程數(shù)：3P,1、提出問題,2. 環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算方程式,管段的壓力降方程：,（j=1,2P）,式中與值與燃?xì)饬鲃?dòng)狀

28、態(tài)及管道粗糙度有關(guān)，而Kj則與燃?xì)庑再|(zhì)有關(guān)。一共有P個(gè)方程式；,每一節(jié)點(diǎn)處流量的代數(shù)和為零,Qi=0 (i=1,2, m-1) 管網(wǎng)系統(tǒng)共有m個(gè)節(jié)點(diǎn)，但其中有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量可由其它節(jié)點(diǎn)的流量來表示，只有m-1個(gè)獨(dú)立的方程。,環(huán)的壓力降之和為零,若規(guī)定按順時(shí)針流量的管段的壓力降為正值，逆時(shí)針流量的管段的壓力降為負(fù)值，在環(huán)網(wǎng)的壓力降之和為零 Pn=0 (n=1,2n) 所得方程數(shù)等于環(huán)數(shù)n。,燃?xì)夤芫W(wǎng)的計(jì)算壓力降P,燃?xì)夤芫W(wǎng)的計(jì)算壓力降P等于從管網(wǎng)源點(diǎn)至零點(diǎn)各管段的壓力降之和Pi，即,所得方程數(shù)等于管網(wǎng)的零點(diǎn)數(shù)q。 零點(diǎn)是環(huán)網(wǎng)最末管段的終點(diǎn)，是除源點(diǎn)外管網(wǎng)中已知壓力值的節(jié)點(diǎn)。,n個(gè)環(huán)，P條管道，m

29、個(gè)節(jié)點(diǎn)，q個(gè)零點(diǎn)， 可列出：P+m-1+n+q= 2P+q個(gè)方程 環(huán)網(wǎng)未知量：3P 剩余未知量：P-q 在數(shù)學(xué)上不定解。,補(bǔ)充方程的思路,按供氣可靠性原則預(yù)先分配流量， 按經(jīng)濟(jì)性原則采用等壓降法選取管徑。,3、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,=0,0,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(shí)滿足連續(xù)性方程和能量方程組為止，

30、這一計(jì)算過程稱為管網(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(hào)、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?。氣流的方向總是流離供氣點(diǎn)，而不應(yīng)逆向流動(dòng)。 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

31、程容許的誤差范圍。 驗(yàn)證總壓降，若滿足要求，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(dòng)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(dòng)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

32、，并且規(guī)定校正流量的方向?yàn)轫槙r(shí)針方向。,將括號(hào)內(nèi)各多項(xiàng)式展開為麥克勞林級(jí)數(shù)，因Q與Q相比甚小，故只取前兩項(xiàng)：,帶入，可得：,根據(jù)以上所述可得：,該式是一次聯(lián)立方程組，此式方程式的數(shù)量等于未知量的數(shù)量，由此方程組可解出校正流量Q值。 通常在環(huán)網(wǎng)中幾個(gè)環(huán)連成一片，故方程式較多，解聯(lián)立方程較為繁瑣； 在實(shí)際計(jì)算中常用逐次漸近法來求解。,根據(jù)方程組可以得到Q、Q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(gè)近似值。,稱為校正,稱為校正流量的第二個(gè)近似值，其表達(dá)式中含有鄰環(huán)的,校

33、正流量，用鄰環(huán)校正流量的第一個(gè)近似值來代替校正流量， 另外，考慮到任何環(huán)都有多個(gè)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(gè)近似值； 與鄰環(huán)共用管段的 值。,校正流量的一般表達(dá)式：,思考：各項(xiàng)的符號(hào)？,？,？,？,與 的符號(hào)關(guān)系？,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,（四）環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算舉例,6,1,300,4,5,7,8,9,10,11,12,13,2,3,3

34、00,100,200,300,100,300,200,100,200,100,100,200,400,200,250,600,450,600,300,400,400,500,200,200,100,200,如圖所示燃?xì)獾蛪焊晒埽ㄤ摴埽?，圖中注明管網(wǎng)的環(huán)號(hào)、節(jié)點(diǎn)號(hào)、各管段長度和節(jié)點(diǎn)流量。,節(jié)點(diǎn)1為調(diào)壓器，出口壓力為3000Pa，管網(wǎng)計(jì)算壓力降為850 Pa，試求各管段的管徑和各節(jié)點(diǎn)壓力。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃?xì)獾拿芏葹?kg/Nm3，運(yùn)動(dòng)粘度為1510-6m2/s。,1、繪制管網(wǎng)平面示意圖，管網(wǎng)布置應(yīng)使管道負(fù)荷較為均勻。然后對節(jié)點(diǎn)、環(huán)網(wǎng)、管段進(jìn)行編號(hào)，標(biāo)明管道長度、燃?xì)庳?fù)荷、氣源或調(diào)壓室位置等。,2、按氣

35、流沿著最短路徑從供氣點(diǎn)流向零點(diǎn)（不同流向燃?xì)獾膮R合點(diǎn)）的原則，擬定環(huán)狀管網(wǎng)燃?xì)饬鲃?dòng)方向。但在同一環(huán)內(nèi)，必須有兩個(gè)相反的流向。,200,6,1,300,4,5,7,8,9,10,11,12,13,2,3,300,100,200,300,100,300,200,100,200,100,100,200,50,150,250,1100,700,300,300,900,200,300,200,100,100,200,100,5、根據(jù)管網(wǎng)允許壓力降和供氣點(diǎn)至零點(diǎn)的管道計(jì)算長度（局部阻力通常取沿程損失的510%），求得單位長度允許壓力降，據(jù)此即可初選管徑。,根據(jù)管網(wǎng)允許壓力降和調(diào)壓器至最遠(yuǎn)零點(diǎn)(13)的管道

36、計(jì)算長度求得單位長度允許壓力降: 850/(600+450+500+200)1.1=0.442Pa/m,根據(jù)求得的單位長度允許壓力降及各管段的初步計(jì)算流量查計(jì)算圖或采用水力計(jì)算公式計(jì)算，初選各管段管徑。,4、根據(jù)擬定的氣流方向和節(jié)點(diǎn)流量，以節(jié)點(diǎn)流量代數(shù)和為零為條件，從零點(diǎn)開始，設(shè)定流量的分配，逐一推算每根管道的初步計(jì)算流量。,6,1,300,4,5,7,8,9,10,11,12,13,2,3,300,100,200,300,100,300,200,100,200,100,100,200,100,150,150,350,250,200,200,300,150,200,150,125,125,15

37、0,125,6、由選定的管徑，計(jì)算各管段的實(shí)際壓力降以及每環(huán)的實(shí)際閉合差，通常初步計(jì)算結(jié)果管網(wǎng)各環(huán)的壓力降是不閉合的，這就必須進(jìn)行管網(wǎng)的平差計(jì)算。,（四）環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算舉例,6,1,300,4,5,7,8,9,10,11,12,13,2,3,300,100,200,300,100,300,200,100,200,100,100,200,156,90,275,162,275,240,120,164,292,200,146,96,96,146,96,6、由選定的管徑，計(jì)算各管段的實(shí)際壓力降以及每環(huán)的實(shí)際閉合差，通常初步計(jì)算結(jié)果管網(wǎng)各環(huán)的壓力降是不閉合的，這就必須進(jìn)行管網(wǎng)的平差計(jì)算。,計(jì)算各環(huán)的壓力

38、降代數(shù)和及閉合差：,29,50,63,閉合差為： 11.1%、11.7%、14.2% 由于閉合差大于10% ，超過工程允許范圍，需對各環(huán)進(jìn)行管段流量校正,6,1,300,4,5,7,8,9,10,11,12,13,2,3,300,100,200,300,100,300,200,100,200,100,100,200,7、在人工計(jì)算中，平差計(jì)算是逐次進(jìn)行流量校正，使環(huán)網(wǎng)閉合差漸趨工程允許的誤差范圍的過程。,1、未考慮鄰環(huán)影響的校正流量 -3.4 -11 -12.3,2、考慮鄰環(huán)影響的校正流量 0 -6.9 -5.5,3、各環(huán)的校正流量 -3.4 -17.9 17.8,8、由管段的壓力降推算管網(wǎng)各

39、節(jié)點(diǎn)的壓力。一旦節(jié)點(diǎn)壓力未滿足要求，或者管道壓力降過小而不夠經(jīng)濟(jì)時(shí)，還需調(diào)整管徑，重復(fù)進(jìn)行6、7兩步計(jì)算。,6,1,300,4,5,7,8,9,10,11,12,13,2,3,300,100,200,300,100,300,200,100,200,100,100,200,校核調(diào)壓器至零點(diǎn)的總壓力降 172+283+193+161 =809850Pa 由調(diào)壓器出口壓力推算環(huán)網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)壓力。,計(jì)算環(huán)狀管網(wǎng)以外的枝狀管網(wǎng) 作水力計(jì)算圖,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,第六節(jié) 庭院及室內(nèi)燃?xì)夤艿赖挠?jì)算,一、室內(nèi)燃?xì)夤艿赖挠?jì)算 二、庭院燃?xì)夤艿赖挠?jì)算,一、室內(nèi)燃?xì)夤艿赖挠?jì)算,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)庠钜痪?，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，