流體輸配管網(wǎng)-氣體輸配管網(wǎng)水力特征與水力計算課件

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?.1氣體管流水力特征*結(jié)論：流動損失的壓力來源于進(jìn)出口之間的位壓。位壓動力大小取決于管道進(jìn)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直管段內(nèi)的氣體密度差（ρ1－ρ2）和管道高度（H2—H1）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：*結(jié)論：無機(jī)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（ρ1－ρ2）和管道高度（H2—H1）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。*結(jié)論：無機(jī)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（ρ1－ρ2）和管道高度（H2—H1）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（ρa(bǔ)-ρ）（H2-H1）=0即位壓為零，則式：變?yōu)椋杭矗航Y(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：12H2H1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ΔP1~2，維持管內(nèi)流動。二者的綜合作用并非總是相互加強(qiáng)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(qiáng)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(zhǔn)備條件，進(jìn)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：λ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?xì)夤芫W(wǎng)（P＞10KPa）由動量方程、氣體狀態(tài)方程和連續(xù)方程得：（2-2-1）λ摩阻系數(shù)的確定：1、層流區(qū)Re＜20002、臨界區(qū)Re=2000-40003、紊流區(qū)Re＞4000

對低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)（P≤10KPa）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<流體輸配管網(wǎng)>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(jì)比較確定推薦的風(fēng)道流速（經(jīng)濟(jì)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(jī)壓頭已知或?qū)Ψ种Ч苓M(jìn)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)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(biāo)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P1·2。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2.2.32.3.1.1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(jì)流速，表2－3－1～3（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）2.3.1.2摩擦阻力計算選最不利環(huán)路計算阻力λ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?。?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）：返回Rm值的修正：（1）密度、運(yùn)動粘度的修正（2）溫度、大氣壓和熱交換修正式中（3）管壁粗糙度的修正<流體輸配管網(wǎng)>

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（K＝3mm），斷面500×400mm，L＝1m3/s，求Rm

解：v＝1÷(0.4×0.5)=5m/s

Dv=2ab/(a+b)=444mm查圖2-3-1得Rm0＝0.62Pa/mKr=(3

×5)0.25=1.96Rm=1.96×0.62=1.22Pa/m（2）流量當(dāng)量直徑例2同例1解：v＝1÷(0.4×0.5)=5m/s

DL=1.3(ab)0.625/(a+b)0.25=478mm查圖2-3-1得Rm0＝0.61Pa/mKr=(3

×5)0.25=1.96Rm=1.96×0.61=1.2Pa/m2.3.1.3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(dá)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)：ζ通過查手冊獲得2.3.1.5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(jìn)行水力計算，并獲得管網(wǎng)特性曲線。返回[解]：

1．對各管段進(jìn)行編號，標(biāo)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(jī)-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)最小風(fēng)速為：垂直風(fēng)管12m/s，水平風(fēng)管14m/s?？紤]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＝6615m3／h。

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：D1＝200mm；實際流速v1＝13.4m/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：800380500380420800400420410*315420返回6.計算各管段的沿程阻力和局部阻力(見表2-3-5)7.對并聯(lián)管路進(jìn)行阻力平衡：繼續(xù)

圖<流體輸配管網(wǎng)>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22.3.7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α：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)μ相等；

μ與孔口形狀、流角α以及L0/L=

有關(guān)，當(dāng)α大于600，μ一般等于0.63、增大出流角α，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)μ=0.6~0.65；四、均勻送風(fēng)管道計算方法確定側(cè)孔個數(shù)、側(cè)孔間距、每個孔的風(fēng)量計算側(cè)孔面積計算送風(fēng)管道直徑和阻力繼續(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：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)μ、λ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?xì)夤芫W(wǎng)水力計算低壓管道摩擦阻力計算公式

對低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)（P≤10KPa）由式2-2-1’’’可得：1、層流區(qū)Re＜21002、臨界區(qū)Re=2100~3500λ摩阻系數(shù)的確定：1)鋼管2)鑄鐵管3、紊流區(qū)Re＞3500，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(yùn)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?xì)夤芫W(wǎng)（P≥10KPa）由式2-2-1’’

可得：λ摩阻系數(shù)的確定：1)鋼管2)鑄鐵管中、高壓管道水力計算圖表室內(nèi)燃?xì)夤艿烙嬎?/p>

在室內(nèi)燃?xì)夤苓\(yùn)計算之前，一必須先選定和布置用戶燃?xì)庥镁?，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?xì)夤艿赖目倝毫?，對于人工燃?xì)庥嬎銐毫狄话悴怀^80～100Pa（不包括燃?xì)獗淼膲毫担?/p>

9．以總壓力降