流體力學(xué)家庭燃?xì)夤艿纼?nèi)的損失計(jì)算

1、小組成員：小組成員： 劉錫晨劉錫晨 高攀高攀 李建昌李建昌 齊松博齊松博 許帥鵬許帥鵬v天然氣化工的發(fā)展史v以天然氣為能源的的優(yōu)點(diǎn)v家庭燃?xì)夤艿纕燃?xì)夤艿纼?nèi)產(chǎn)生損失的原因v減少能量損失的方法目錄中國(guó)是最早發(fā)現(xiàn)和開(kāi)采利用天然氣的國(guó)家。西周(約公元前11世紀(jì)前771年)時(shí)期的周易中就有“澤中有火”的記載。西漢（公元前 206公元25）時(shí)中國(guó)已出現(xiàn)了天然氣井，據(jù)漢書(shū)郊祀志記載：“祠天封苑火井于鴻門(mén)?！睂?duì)天然氣的開(kāi)采和利用有較詳細(xì)的描述則始于西晉張華(232300)著博物志，其中記載：“臨邛火井一所,深二三丈。井在縣南百里,昔時(shí)人以竹木投以取火。盆蓋井上,煮鹽(鹵)得鹽。”嗣后，天然氣的開(kāi)采和利用不斷

2、發(fā)展，到清代已出現(xiàn)深達(dá)1000m的燊海井,1835年完鉆。世界天然氣化工的發(fā)展過(guò)程可大致分為三個(gè)階段：20世紀(jì)20年代至第二次世界大戰(zhàn)，為科學(xué)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)階段；戰(zhàn)后至60年代中期，研究開(kāi)發(fā)活躍及大規(guī)模工業(yè)發(fā)展的興盛時(shí)期；60年代后期起發(fā)展有所停滯，但一些主要產(chǎn)品仍繼續(xù)保持增長(zhǎng)。 技術(shù)開(kāi)發(fā)階段 19世紀(jì)末，美國(guó)開(kāi)始利用天然氣制造槽法炭黑。20世紀(jì)20年代，美國(guó)和德國(guó)的天然氣化工研究工作開(kāi)始興起。美國(guó)聯(lián)合碳化物公司研究開(kāi)發(fā)了從天然氣分離乙烷、丙烷、丁烷技術(shù)，裂解乙烷、丙烷制取乙烯進(jìn)一步制取乙烯衍生物的新工藝，丙烷、丁烷部分氧化制取甲醛、醋酸等也實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。美國(guó)食品機(jī)械和化學(xué)公司發(fā)明了甲烷氣

3、相硫化制二硫化碳新工藝，比古老的木炭法顯著優(yōu)越。在德國(guó)，赫斯特公司研究成功天然氣熱氯化制二氯甲烷，第一個(gè)工廠于1941年在美國(guó)投產(chǎn)，此后發(fā)展成為生產(chǎn)甲烷氯化物的主要路線。法本公司的L.安德羅索夫于1930年在洛伊納化工廠完成天然氣中甲烷氨化氧化法中間試驗(yàn)，成為合成氫氰酸經(jīng)濟(jì)有效的方法。法本公司先于意大利、美國(guó)研究成功天然氣制乙炔新工藝，由赫斯化工廠于1942年在馬爾建立第一座電弧法乙炔工廠,用以生產(chǎn)合成橡膠。此外,1931年美國(guó)殼牌公司首先應(yīng)用天然氣部分氧化法改造合成氨工廠，為合成氨工業(yè)從傳統(tǒng)的煤、焦原料轉(zhuǎn)向天然氣走出了第一步；1940年聯(lián)合碳化物公司建成以天然氣為原料的合成甲醇廠，開(kāi)創(chuàng)了制取

4、廉價(jià)甲醇的生產(chǎn)路線。至40年代初期，天然氣化工已呈現(xiàn)出一定的輪廓。 工業(yè)發(fā)展興盛時(shí)期 第二次世界大戰(zhàn)后，美國(guó)以其豐富的天然氣資源及戰(zhàn)勝?lài)?guó)的優(yōu)勢(shì)，在原有的工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)上，領(lǐng)先發(fā)展天然氣化學(xué)工業(yè)。西歐各國(guó)及羅馬尼亞、蘇聯(lián)等也相繼積極進(jìn)行天然氣化工技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)。1953年，孟山都公司采用巴登苯胺純堿公司的薩克斯技術(shù)，建立第一個(gè)天然氣部分氧化法生產(chǎn)乙炔的工廠。天然氣制乙炔工藝比傳統(tǒng)的電石法能耗低、費(fèi)用省、大大促進(jìn)了乙炔化工的發(fā)展。到1963年末，美國(guó)天然氣制乙炔的年產(chǎn)能力達(dá)到270kt,占世界烴類(lèi)制乙炔總能力的37以上；乙炔加工產(chǎn)品有聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯醇、乙醛、醋酸、氯丁橡膠、異戊橡膠等。

5、天然氣制乙炔，加上經(jīng)濟(jì)效益顯著的天然氣制合成氨、甲醇，天然氣中乙烷、丙烷、丁烷制乙烯、丙烯，天然氣制氯甲烷、氫氰酸等一系列天然氣化工技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，形成5060年代天然氣化工的全盛時(shí)期，也構(gòu)成了早期石油化工的重要內(nèi)容。 調(diào)整階段 60年代起一系列石油化工新工藝問(wèn)世，至60年代后期，其經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)使一部分天然氣化工生產(chǎn)方法逐漸失去競(jìng)爭(zhēng)力；天然氣制乙炔年產(chǎn)量逐年下降；天然氣制氫氰酸，由于丙烯氨化氧化法制取丙烯腈同時(shí)副產(chǎn)大量氫氰酸新工藝問(wèn)世，而被逐步替代。 70年代以后，由于石油價(jià)格大幅度波動(dòng)，天然氣作為相對(duì)較廉價(jià)的烴原料，在制取氨、甲醇、乙烯和丙烯等大宗產(chǎn)品以及生產(chǎn)二氯甲烷、二硫化碳等產(chǎn)

6、品方面仍一直保持發(fā)展優(yōu)勢(shì)。甲烷液化、回收氦工業(yè)也有較大發(fā)展。 天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于印發(fā)天然氣發(fā)展 “十二五”規(guī)劃的通知:國(guó)務(wù)院有關(guān)部門(mén)、直屬機(jī)構(gòu)，各省、自治區(qū)、直轄市及計(jì)劃單列市發(fā)展改革委、能源局，有關(guān)企業(yè)：為擴(kuò)大天然氣利用規(guī)模，促進(jìn)天然氣產(chǎn)業(yè)有序、健康發(fā)展，我委會(huì)同有關(guān)部門(mén)研究制訂了天然氣發(fā)展“十二五”規(guī)劃（以下簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)劃）。經(jīng)報(bào)請(qǐng)國(guó)務(wù)院同意，現(xiàn)將規(guī)劃印發(fā)你們。請(qǐng)按照?qǐng)?zhí)行。 國(guó)家發(fā)展改革委 2012年10月22日改善能源結(jié)構(gòu)天然氣有大作為 近年來(lái)，全球天然氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，有專(zhuān)家預(yù)測(cè)，到2020年天然氣將取代煤炭成為全球第二大消費(fèi)能源。我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)能否借機(jī)發(fā)展，成為煤炭替

7、代品，從而解決污染、霧霾等問(wèn)題呢? 在西北地區(qū)，2006年7月，中哈管道全線貫通，2009年12月14日，中亞天然氣管道工程投產(chǎn);在東北地區(qū)，2010年末，中俄原油管道按計(jì)劃投產(chǎn)，漠大線開(kāi)始試運(yùn)營(yíng);在海上，原油碼頭和液化天然氣項(xiàng)目進(jìn)展順利。2010年9月，中國(guó)石油(7.87, 0.03, 0.38%)首個(gè)LNG(液化天然氣)碼頭在大連竣工。至此，我國(guó)東北、西北、西南和海上四大油氣通道戰(zhàn)略布局已初步完成。我國(guó)天然氣管道已建成縱貫?zāi)媳?、橫貫東北和聯(lián)通海外的全國(guó)性供氣網(wǎng)絡(luò)，形成“西氣東輸、緬氣北上、海氣登陸、就近外供”的供氣格局。 截至目前，我國(guó)已建成天然氣管道6萬(wàn)公里，僅以西氣東輸、陜京、川氣東送

8、、澀寧蘭四大天然氣管道系統(tǒng)為例，每年能輸送1000億立方米天然氣，可替代煤炭2.6億噸，減少二氧化硫等排放4.7億噸，減少灰渣6565萬(wàn)噸。從供應(yīng)角度上講，天然氣取代煤炭地位已有一定可能。天然氣優(yōu)點(diǎn)之一安全 天然氣的氣體密度是空氣密度的二分之一，比空氣輕，極易揮發(fā)，不易爆炸，天然氣中所含的甲烷、乙烷、丙烷等本身是無(wú)毒性的。 管道氣與瓶裝氣在使用上相比較，其安全性高于瓶裝氣。原因在于管道氣所采用的是氣化站集中儲(chǔ)存、集中供氣的管理方式，避免了瓶裝氣由于家庭發(fā)散儲(chǔ)存，自備自用而造成安全管理上的隱患；管道氣的戶(hù)內(nèi)壓力僅相當(dāng)于自來(lái)水壓力的1/130，是瓶裝氣壓力的1/170，燃?xì)夤艿雷陨淼膬?chǔ)氣量非常小，

9、以每戶(hù)12米的戶(hù)內(nèi)管道長(zhǎng)計(jì)算，大約是瓶裝氣的1/3000，萬(wàn)一有泄漏或因其他原因引起火災(zāi)等事故時(shí)，只需將戶(hù)內(nèi)總閥或單元立管閥門(mén)關(guān)閉，即可切斷氣源，排除險(xiǎn)情。而瓶裝的石油液化氣在遇到同樣情況時(shí)，則很難采取有效措施關(guān)閉或移走石油液化氣鋼瓶，極易造成爆炸。 天然氣優(yōu)點(diǎn)之二經(jīng)濟(jì) 經(jīng)濟(jì)實(shí)惠是天然氣的優(yōu)勢(shì)之一，也是管道天然氣得以在全國(guó)范圍迅速普及的原因之一，使用管道天然氣在目前與其他燃料市場(chǎng)價(jià)格比較：在同等使用量（熱值）的條件下比較使用瓶裝液化石油氣每月節(jié)約費(fèi)用至少為25%35%左右，不僅會(huì)省去購(gòu)買(mǎi)鋼瓶和鋼瓶定期檢驗(yàn)費(fèi)用支出，更會(huì)省去日常生活中搬運(yùn)、更換液化氣所帶來(lái)的費(fèi)用和煩惱。使用天然氣的費(fèi)用比用電的費(fèi)

10、用節(jié)約35%以上，使用天然氣的比用柴油、重油的費(fèi)用節(jié)約25%35%左右。 天然氣優(yōu)點(diǎn)之三環(huán)保 天然氣的98%成分是甲烷，甲烷是由一個(gè)碳原子與四個(gè)氫原子所組成的簡(jiǎn)單分（CH4）。在燃燒時(shí)天然氣只產(chǎn)生少量二氧化碳與水蒸氣（CH4+2O2CO2+2H2O）無(wú)殘液、無(wú)污染、無(wú)硫化物產(chǎn)生、推廣和普及天然氣能改善城市環(huán)境，美化我們的家園。天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、清潔性、高效的綠色能源，是國(guó)家能源政策推廣和普及的能源。 天然氣優(yōu)點(diǎn)之四方便 天然氣通過(guò)天然氣管道直接進(jìn)入城市的千家萬(wàn)戶(hù)，管道輸送源源不絕，沒(méi)有斷氣和更換鋼瓶的煩惱，亦不需要在現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存或添加，由于其方便性被群眾稱(chēng)為“自來(lái)氣”。對(duì)于工業(yè)用戶(hù)而言，天然氣設(shè)

11、備比燃燒煤及其它礦物燃料的設(shè)備簡(jiǎn)單、容易操作及方便保養(yǎng)，而且燃燒后須處理固體廢料或灰燼。 沿程損失局部損失當(dāng)燃?xì)馔ㄟ^(guò)三通、彎頭、閥門(mén)、變徑管等管道附件時(shí)，由于幾何邊界的急劇改變，燃?xì)饬骶€發(fā)生變化，產(chǎn)生額外的壓力損失，稱(chēng)為局部阻力損失。hj=v2/(2g)有一家庭燃?xì)夤艿溃幸磺蜷y，共有5處彎管，管道長(zhǎng)度l=6m，直徑為d=20mm，管內(nèi)燃?xì)饬髁繛镼v=3m3每小時(shí)，燃?xì)獾倪\(yùn)動(dòng)粘度為=10.31*10-6m2/s.流速V=4qv/(d2)=2.655m/s雷諾數(shù)Re=Vd/=51492000 為紊流根據(jù)勃拉休斯經(jīng)驗(yàn)公式得 =0.3164/Re0.25=0.037沿程損失=3.99m局部損失 90

12、度彎管 取R=10cm d/R=0.2 1=0.132 hj1=1v2/(2g)=0.0474m 2.閥門(mén)（球閥）開(kāi)度90% 2=4.0 hj2=2v2/(2g)=1.44m 總損失hw=hf+hj總=5.67m誤差分析1.速度是平均速度2.數(shù)據(jù)的誤差3.閥門(mén)的規(guī)格不清楚4.燃?xì)庠畹膿p失沒(méi)有計(jì)算在各種管道的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量減小局部損失。為了減小局部損失，應(yīng)盡量避免流通截面積發(fā)生突然的變化，在截面積有較大變化的地方常采用錐形過(guò)渡，在要求比較高的管道中應(yīng)采用光滑的流線型壁面。以下舉幾個(gè)例子來(lái)說(shuō)明減小局部損失的方法。彎曲管道彎曲管道 由彎管的局部損失計(jì)算公式可知，彎管的局部損失取決于管道的直徑、曲率半

13、徑和管道的彎曲角。因此在設(shè)計(jì)管道時(shí)，為了減小局部損失，應(yīng)盡量避免采用彎轉(zhuǎn)角過(guò)大的死彎。對(duì)于直徑較小的熱力設(shè)備管道，通常采用R/d3.5 。對(duì)于直徑較大的排煙風(fēng)道來(lái)說(shuō)，橫向的二次流動(dòng)比較突出。為了減小二次流動(dòng)損失，一方面可以適當(dāng)?shù)募哟蠊艿赖那拾霃?，以減小流體轉(zhuǎn)彎時(shí)的離心力，另一方面通常在彎管內(nèi)安裝導(dǎo)流葉片。這樣既可減小彎道兩側(cè)的壓強(qiáng)差，又可以減小二次流影響的范圍。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，在沒(méi)有安裝導(dǎo)流葉片的情況下，直角彎管的=1.1 ；安裝簿板彎成的導(dǎo)流葉片后， =0.4 ；當(dāng)導(dǎo)流葉片呈流線月牙形時(shí)=0.25 ?？梢?jiàn)當(dāng)安裝導(dǎo)流葉片后，并適當(dāng)選擇導(dǎo)流葉片的形狀，對(duì)減小局部損失有明顯的效果。流通截面的變化流通截面的變化 將突然擴(kuò)張的管道改為漸擴(kuò)管，由于渦流區(qū)的大小和渦流強(qiáng)度的減小，其局部損失有很大的改善。但是當(dāng)擴(kuò)張（或收縮）的面積比一定時(shí)，漸變管的長(zhǎng)度相應(yīng)地加長(zhǎng)，使得沿程損失有所增加，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取最佳值。管長(zhǎng)的增加會(huì)增加管道設(shè)計(jì)的成本或帶來(lái)制造上的困難。有些情況下，還要受到幾何空間的限制，因此在管道設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)具體問(wèn)題、具體情況全面折衷考慮。 在設(shè)計(jì)漸擴(kuò)