第5章 燃气管网的水力计算.ppt

第五章 燃气管网的水力计算 一、不稳定流动方程式 燃气是可压缩流体，一般情况下管道内燃气的流动时不稳定流。由于气田调节采气的工况，压送机站开动压缩机不同台数的工况以及用户用气量变化的工况，都决定了其具有不稳定流的性质，这些因素导致管道 内燃气的压力变化和流量变化。随着管道内沿程压力的下降，燃气的密度也在减小。只有在低压管道中燃气密度的变化可忽略不计。此外，在多数情况下，管道内燃气的流动可认为是等温的，其温度等于埋管周围土壤的温度。 5.1 管道内燃气流动的基本方程式 决定燃气流动状态的参数为：压力P、密度ρ和流速W，均沿管长随时间变化，它们是距离x和时间τ的函数，即: (一) 运动方程： (二) 连续性方程： (三) 气体状态方程： 运动方程的基础是牛顿第二定律，对于微小体积(或称元体积)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，即 (一) 运动方程： (二) 连续性方程： (三) 气体状态方程： 从工程观点，运动方程中的惯性项和对流项在大多数情况下均可忽略不计，这是因为惯性项只在管道中燃气流量随时间变化极大时才有意义，而对流项只在燃气流速极大时（接近声速）才有意义。通常管道中燃气流速不大于20-40m/s，且流量变化的程度也不太大。此外，在城市燃气管网中，当标高的差值不太大时，运动方程中的重力项一般也可以忽略不计。 管道内压力越高，则燃气的密度越大，重力项值就越大。在低压管道中，计算压力降很小。当燃气和空气密度相差较大时，附加压头值有时是较大的，在计算高层建筑室内燃气立管时必须考虑。 (四) 简化方程组 二、燃气管道内燃气稳定流方程式 得到： 高、低压(Pa)燃气管道的基本计算公式 用于低压燃气，上式简化为： 对于低压燃气： 采用习惯采用单位kPa，并考虑城市燃气管道压力一般在1.6MPa以下，Z≈Z0=1，则高、中燃气管道和低压燃气管道计算公式为： 三、燃气管道的摩擦阻力系数 概念：它是反映管内燃气流动摩擦阻力的确个无因次系数，其值与燃气在管道内的流动状况，燃气性质，管材(内壁粗糙度)及连接方法，安装质量有关。 不同流态区的摩阻系数的经验及半经验公式 （一）层流区： （二）临界区： （三）紊流区 1.适用于整个紊流区的通用公式： 柯列勃洛克公式： 阿里特苏里公式： 谢维列夫公式： 2.适用于一定流态区的专用公式： （1）水力光滑区 尼古拉茨公式： 谢维列夫公式： 对于新钢管： 对于新铸铁管： 过渡区 对于新钢管： 对于新铸铁管： 阻力平方区 尼古拉茨半经验公式： 谢维列夫公式： 对于新钢管： 对于新铸铁管： 城市燃气管道水力计算公式和计算图表 一、低压燃气管道摩擦阻力损失计算公式 （一）层流状态(Re2100) （二）临界状态(Re=2100-3500) （三） 紊流状态(Re3500) 钢管 铸铁管 二、高、中压燃气管道摩擦阻力损失计算公式 （一）钢管、塑料管 （二）铸铁管 三、燃气管道摩擦阻力损失计算图表 五、燃气管道局部阻力损失和附加压头 （一）局部阻力损失 当燃气流经三通、弯头、变径管、阀门等管道附件时，由于几何边界的急剧改变，燃气流线的变化，必然产生额外的压力损失，称之为局部阻力损失。 局部阻力损失也可用当量长度来计算，各种管件折成相同管径管段的当量长度L2可按下式确定： 对于ζ=1时各不同直径管段的当量长度可按下法求得：根据管段内径、燃气流速及运动粘度求出Re，判别流态后采用不同的摩阻系数λ的计算公式，求出λ值，而后可得： 实际工程中通常根据此式，对不同种类的燃气制成图表，见图6-6，可查出不同管径不同流量时的当量长度。 管段的计算长度L可由下式求得 （二）附加压头 由于燃气与空气的密度不同，当管段始末端存在标高差值时，在燃气管道中将产生附加压头，其值由下式确定： 当附加压头为正值时，会减少压力降，有助于燃气流动；当附加压头为负值时，阻碍燃气流动。 计算室内燃气管道及地面标高变化相当大的室外或厂区的低压燃气管道，应考虑附加压头。 5.2 建筑燃气系统的水力计算 在进行建筑燃气系统水力计算时，应首先根据土建、给排水、采暖及电气等各专业的平面图和系统图选定并布置燃气表、用户燃气用具和燃气管道，画出燃气系统图。利用同时工作系数法计算确定各管段 的计算流量。自引入管到各燃具之间的压力降，其最大值即为建筑燃气系统的总压降。 例题5-1试做六层住宅楼的建筑燃气系统的水力计算，燃气管道的布置见图5-6和图5-7，每家用户装双眼灶一台，额定热负荷4.8