流体输配管网气体输配管网水力特征与水力计算

1、流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 2.12.1气体管流水力特征气体管流水力特征 2.1.12.1.1气体重力管流水力特征气体重力管流水力特征 v竖管内的重力流竖管内的重力流 例例1 1：如右图示：如右图示 管内气体由管内气体由1 1流向流向2 2断面，能量方程为：断面，能量方程为： 21 2 2 212 2 1 1 22 P v PHHg v P jaj 其中：其中：P Pj1 j1=0 =0， P Pj2 j2=0 =0， v v1 1=0=0，上式，上式 变为：变为： 21 2 2 12 2 P v HHg a 2.1 气体管流水力

2、特征 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 * *结论：结论： 流动损失的压力来源于进出口之间的流动损失的压力来源于进出口之间的 位压。位压。 位压动力大小取决于管道进出口高差位压动力大小取决于管道进出口高差 和内外气体密度差和内外气体密度差 当密度小于室外空气密度，流动向上；当密度小于室外空气密度，流动向上； 当密度大于室外空气密度，流动向下。当密度大于室外空气密度，流动向下。 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 vU U形管内的重力流形管内的重力流 例例2 2：如右图示，假设管内气体由：如右图示，假设管内气体由1 1 流向流向2 2断面，断面断面，断面1 1和和D D间能

3、量方程为：间能量方程为： D D jDaj P v PHHg v P 1 2 2 211 2 11 1 22 以上两式相加得：以上两式相加得： 22 2 11 21 2 22 1221 v P v HHg 断面断面D D 和和2 2之间的能量方程为：之间的能量方程为： 2 2 22 2122 2 2 22 Dja D jD P v PHHg v P 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 * *结论：结论： U U型管道内的气体流动动力取决于两竖型管道内的气体流动动力取决于两竖 直管段内的气体密度差（直管段内的气体密度差（1 1 2 2） 和管道高度（和管道高度（H H2 2H H1 1

4、）之积。）之积。 密度相对较大的竖管内气体下流，相密度相对较大的竖管内气体下流，相 对较小的竖管内气体上流。对较小的竖管内气体上流。 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 v闭式环型管内的重力流闭式环型管内的重力流 例例3 3：如把例：如把例2 2图变为右图，形成图变为右图，形成 封闭循环管道，其能量方程为：封闭循环管道，其能量方程为： l PHHg 1221 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 * *结论：结论： 无机械动力的闭式管道中，流动动力取决无机械动力的闭式管道中，流动动力取决 于两竖直管段内的气体密度差（于两竖直管段内的气体密度差（1 1 2 2） 和管道高度（和

5、管道高度（H H2 2H H1 1）之积。）之积。 密度相对较大的竖管内气体下流，相对较密度相对较大的竖管内气体下流，相对较 小的竖管内气体上流。小的竖管内气体上流。 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 * *结论：结论： 无机械动力的闭式管道中，流动动力取决无机械动力的闭式管道中，流动动力取决 于两竖直管段内的气体密度差（于两竖直管段内的气体密度差（1 1 2 2） 和管道高度（和管道高度（H H2 2H H1 1）之积。）之积。 密度相对较大的竖管内气体下流，相对较密度相对较大的竖管内气体下流，相对较 小的竖管内气体上流。小的竖管内气体上流。 流体输配管网气体输配管网水力特 征与

6、水力计算 2.1.22.1.2气体压力管流水力特征气体压力管流水力特征 当管道内部、管道内外不存在密度差，当管道内部、管道内外不存在密度差， 或是水平管网，则有：或是水平管网，则有： g g（a a-）（）（H H2 2-H-H1 1）= 0= 0 即位压为零，则式：即位压为零，则式： 21 2 2 212 2 1 1 22 P v PHHg v P jaj 变为：变为： 21 2 2 2 2 1 1 22 P v P v P jj 即：即： 2121 PPP qq 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 结论结论1 1： 位压为位压为0 0的管道中，两断面之间的的管道中，两断面之间的

7、流动阻力等于两断面间的全压差。流动阻力等于两断面间的全压差。 对公式：对公式： 21 2 2 2 2 1 1 22 P v P v P jj 变为：变为： 2 2 1 2 2 211 22 jj P vv PP 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 * *结论结论： 当管段中没有外界动力输入时，下游断面的全压当管段中没有外界动力输入时，下游断面的全压 总是低于上游断面的全压；总是低于上游断面的全压； 当当 下游断面的静压低于上游断下游断面的静压低于上游断 面的静压；面的静压； 当当 两断面的静压相等两断面的静压相等 当当 下游断面的静压大于上游断下游断面的静压大于上游断 面的静压面的静

8、压 0 22 2 1 2 2 21 vv P 0 22 2 1 2 2 21 vv P 0 22 2 1 2 2 21 vv P 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 2.1.32.1.3压力和重力综合作用下的气体管流水力特征压力和重力综合作用下的气体管流水力特征 由由 211221 )(PHHgPP aqq 得得： 21 2 2 212 2 1 1 22 P v PHHg v P jaj 1 2 H2 H1 压力作用 重力作用 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 结论：结论： 第一项两断面之间的全压差反映压力作用；第第一项两断面之间的全压差反映压力作用；第 2 2项位压反映

9、重力的作用；二者综合作用，克项位压反映重力的作用；二者综合作用，克 服流动阻力服流动阻力PP12 12，维持管内流动。 ，维持管内流动。二者的综二者的综 合作用并非总是相互加强的。合作用并非总是相互加强的。 若压力驱动的流动方向与位压一致，则若压力驱动的流动方向与位压一致，则 二者淙合作用加强管内气体流动，二者淙合作用加强管内气体流动， 若驱动方向相反，则由绝对值大者决定若驱动方向相反，则由绝对值大者决定 管流方向；绝对值小者实际上成为另加管流方向；绝对值小者实际上成为另加 流动阻力。流动阻力。 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 2.22.2流体输配管网水力计算的流体输配管网水力计

10、算的 基本原理和方法基本原理和方法 流体输配管网水力计算的目的： 根据要求的流量分配确定管网的管径或阻根据要求的流量分配确定管网的管径或阻 力；求得管网特性曲线，为匹配管网动力力；求得管网特性曲线，为匹配管网动力 设备准备条件，进而确定动力设备设备准备条件，进而确定动力设备 或者根据已定的动力设备，确定管道尺寸。或者根据已定的动力设备，确定管道尺寸。 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 *流体输配管网水力计算的理论依据： 流体力学一元流体流动流体力学一元流体流动连续性方程连续性方程和和能能 量方程量方程及及串、并联管路流动规律串、并联管路流动规律。动力设备。动力设备 提供的压力等于管

11、网总阻力，串联管路总阻提供的压力等于管网总阻力，串联管路总阻 力等于各段管路阻力之和。力等于各段管路阻力之和。 管段中的流动阻力包括管段中的流动阻力包括沿程阻力沿程阻力和和局部局部 阻力阻力。 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 2.1.12.1.1摩擦阻力的计算摩擦阻力的计算 lR v d l P mml 2 2 2 其中：其中：为摩阻系数，为摩阻系数， l为管长，为管长，d d为管径或流速当量为管径或流速当量 直径（直径（4R4Rs s， ，R Rs s=f/x =f/x），），R Rm m为单位长度摩擦阻力。为单位长度摩擦阻力。 对高中压燃气管网（对高中压燃气管网（P P10K

12、Pa10KPa）由动量方程、气体状）由动量方程、气体状 态方程和连续方程得：态方程和连续方程得： lP d L PP 00 5 2 0 2 2 2 1 62.1 （2-2-1） 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 摩阻系数的确定：摩阻系数的确定： 1 1、层流区、层流区R Re e20002000 e R 64 l d L P 0 5 2 0 21 81.0 2 2、临界区、临界区R Re e=2000-4000=2000-4000 3 0025.0 e R 3 3、紊流区、紊流区R Re e40004000 25.0 68 11.0 d K Re d K Re7 .3 51.2 l

13、g2 1 对低压燃气管网（对低压燃气管网（P10KPaP10KPa）式）式2-2-12-2-1可简化为：可简化为： 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 谢维列夫公式 1、新管公式、新管公式 v新钢管公式新钢管公式 v新铸铁管公式新铸铁管公式 v综合公式综合公式 2、旧管公式、旧管公式 v旧钢管公式旧钢管公式 v旧铸铁管公式旧铸铁管公式 v综合公式综合公式 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 2.2.22.2.2局部阻力计算局部阻力计算 2 2 v P 2.2.32.2.3常用的水力计算方法常用的水力计算方法 * *1 1、假定流速法、假定流速法(按照技术经济比较确定推荐的风

14、道 流速（经济流速）经济流速） ，然后根据风道内的风量来确定风 道断面尺寸和阻力损失) * *2 2、压损平均法、压损平均法(风管系统的风机压头已知或对分支 管进行阻力平衡) * *3 3、静压复得法、静压复得法(特别适合于多条主风道，而每条主 风道又有很多分支道，出风口或末端装置均有相同的 静压) 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 水力计算步骤（假定流速法）水力计算步骤（假定流速法） v计算前，完成管网布置，确定流量分配计算前，完成管网布置，确定流量分配 绘草图，编号绘草图，编号 确定流速确定流速 确定管径确定管径 计算各管段阻力计算各管段阻力 平衡并联管路平衡并联管路 计算总阻

15、力，计算管网特性曲线计算总阻力，计算管网特性曲线 根据管网特性曲线，选择动力设备根据管网特性曲线，选择动力设备 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 水力计算步骤（平均压损法）水力计算步骤（平均压损法） v计算前，完成管网布置，确定流量分配计算前，完成管网布置，确定流量分配 绘系统图，编号，标管段绘系统图，编号，标管段L和和Q，定最不利，定最不利 环路。环路。 根据资用动力，计算其平均根据资用动力，计算其平均Rm。 根据根据Rm和各管段和各管段Q，确定其各管段管径。，确定其各管段管径。 确定各并联支路的资用动力，计算其确定各并联支路的资用动力，计算其Rm 。 根据各并联支路根据各并联支

16、路Rm和各管段和各管段Q，确定其管，确定其管 径。径。 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 水力计算步骤（静压复得法）水力计算步骤（静压复得法） v计算前，完成管网布置计算前，完成管网布置 确定管道上各孔口的出流速度。确定管道上各孔口的出流速度。 计算各孔口处的管内静压计算各孔口处的管内静压Pj和流量。和流量。 顺流向定第一孔口处管内流速、全压和管道尺寸。顺流向定第一孔口处管内流速、全压和管道尺寸。 计算第一孔口到第二孔口的阻力计算第一孔口到第二孔口的阻力P12。 计算第二孔口处的动压计算第二孔口处的动压 Pd2。 计算第二孔口处的管内流速，确定该处的管道尺寸。计算第二孔口处的管内流

17、速，确定该处的管道尺寸。 以此类推，直到确定最后一个孔口处的管道断面尺寸。以此类推，直到确定最后一个孔口处的管道断面尺寸。 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 2.3气体输配管网的水力计算 2.3.1开式枝状气体输配管网的水力计算 v首先完成管道布置、设备和各排送风点位置的确定；首先完成管道布置、设备和各排送风点位置的确定； v排送风点风量和各管段风量的确定排送风点风量和各管段风量的确定 v计算步骤见计算步骤见2.2.3 2.3.1.12.3.1.1管道流速和管道断面尺寸的确定管道流速和管道断面尺寸的确定 （1 1）绘制系统图）绘制系统图 （2 2）确定管内流速）确定管内流速 一般采

18、用经济流速，表2313 （3）根据确定流速确定风管管径，计算阻力 （包括摩擦阻力(沿程阻力)和局部阻力） 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 2.3.1.2摩擦阻力计算 选最不利环路计算阻力 u值的确定 D K Re7 .3 51.2 lg2 1 uRm值的计算和修正 制成图表，已知流量、管径、流速、阻力四个参数中制成图表，已知流量、管径、流速、阻力四个参数中 两个，可查得其余两个，是在一定条件下锝出两个，可查得其余两个，是在一定条件下锝出 2 2 00 0 v D R m Rm值的计算和查取（标准状态下）： 2 2 2 v d Rm 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 返

19、回 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 R Rm m值的修正：值的修正： （1 1）密度、运动粘度的修正）密度、运动粘度的修正 1 .0 0 91.0 00 mm RR （2 2）温度、大气压和热交换修正）温度、大气压和热交换修正 2 1 2 TT K b H 式中 HBtmm KKKRR 0 825.0 273 20273 t K t 9 .0 3 .101 B K B 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 25.0 KvK k kmm KRR 0 （3 3）管壁粗糙度的修正）管壁粗糙度的修正 KHBtmm KKKKRR 1 .0 0 91.0 00 流体输配管网气体输配管

20、网水力特 征与水力计算 u 矩形风管的摩擦阻力计算 主要考虑当量直径的确定，有流速当量直径 和流量当量直径 （1）流速当量直径 ba ab D v 2 例2-1 有一表面光滑的砖砌风道（有一表面光滑的砖砌风道（K K3mm3mm），断），断 面面500400mm，L1m3/s，求Rm 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 解：解：v1(0.4 0.5)=5 m/s Dv=2ab/(a+b)=444mm 查图查图2-3-1 得得Rm00.62Pa/m Kr=(3 5)0.25=1.96 Rm=1.96 0.62=1.22 Pa/m 25.0 625.0 )( )( 3 .1 ba ab

21、D L （2 2）流量当量直径）流量当量直径 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 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 查图2-3-1 得Rm00.61Pa/m Kr=(3 5)0.25=1.96 Rm=1.96 0.61=1.2Pa/m 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 2.3.1.3局部阻力计算 2 2 v P 2.3.1.42.3.1.4并联管路的阻力平衡并联管路的阻力平衡 （1 1）目的：管路风量达到预期值，力求各支路）目的：管路风量达到预期值，力求各支路 阻力相等，各管路阻力差小于阻

22、力相等，各管路阻力差小于15%15%，含尘风管小，含尘风管小 于于10%10% （2 2）平衡的方法：）平衡的方法： 调整管径调整管径 阀门调节：阀门调节： 225.0 P P DD 通过查手册获得 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 2.3.1.5 2.3.1.5 计算系统总阻力和获得管网特性曲线计算系统总阻力和获得管网特性曲线 2 Q P S （1）系统总阻力：最不利环路所有串联管 路阻力之和。 （2）管网特性曲线： A） B） i SS或 5.0 5.0 i SS 4 2 8 i i i i d d l S 其中： 2 SQP 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 例2

23、-3 如图所示通风管网。风管用钢板制作，输送含有 轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。除尘器阻力为 1200Pa，对该管网进行水力计算，并获得管网特性曲线。 返回 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的 排风量。排风量。 选定最不利环路，本系统选择选定最不利环路，本系统选择1-3-5-1-3-5-除尘器除尘器-6-6- 风机风机-7-7为最不利环路。为最不利环路。 根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环 路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。路上各管段的断面

24、尺寸和单位长度摩擦阻力。 根据表根据表2-3-32-3-3，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风 管内最小风速为：垂直风管管内最小风速为：垂直风管12m/s12m/s，水平风管，水平风管14m/s14m/s。 考虑到除尘器及风管漏风，取考虑到除尘器及风管漏风，取 5 5的漏风系数，的漏风系数， 管段管段 6 6及及 7 7的计算风量为的计算风量为 63006300* *1.051.05 6615m6615m3 3h h。 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 管段管段1 1 水平风管，初定流速为水平风管，初定流速为14m/s14m/s。根据。根据 Q Ql l

25、 1500m1500m3 3/h/h（0.42m0.42m3 3/s/s）、）、v v1 1= 14m/s= 14m/s所选管径按通所选管径按通 风管道统一规格调整为：风管道统一规格调整为：D D1 1200mm200mm；实际流速；实际流速v v1 1 13.4m/s13.4m/s；由图；由图2-3-12-3-1查得，查得，R Rm1 m1=12.5Pa/m =12.5Pa/m 同理可查得管段同理可查得管段3 3、5 5、6 6、7 7的管径及比摩阻，的管径及比摩阻， 具体结果见表具体结果见表2-3-52-3-5。 . .确定管段确定管段2 2、4 4的管径及单位长度摩擦力，见表的管径及单位

26、长度摩擦力，见表 2-3-52-3-5。 . .计算各管段局部阻力计算各管段局部阻力 例如：例如： 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 800 380 500 380 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 420 800 400 420 410*315 420 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 返回 .计算各管段的沿程阻力和局部阻力(见表2-3-5) 对并联管路进行阻力平衡： 继续 图 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 返回 计算系统总阻力，获得管网特性曲线 最不利环路所有串联管路1-3-5-6-7阻力之和

27、。 kg Q P S538 2 2 538 QP 继续 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 返回1返回2 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 一、设计原理 继续 静压产生的流速为：静压产生的流速为： j j p v 2 空气在风管内的流速为：空气在风管内的流速为： D D p v 2 空气从孔口出流时的流速为：空气从孔口出流时的流速为： sin j v v 如图所示：出流角为如图所示：出流角为： Dj D j PP v v tg 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 返回 孔口出流风量： jj p fv v v f vffvL 2 36003600 sin36003

28、600 00 00 由上式得f0上的平均流速v0为： j j p v f L v 2 3600 0 0 0 继续 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 返回 v风口的流速分布如图风口的流速分布如图： （矩形送风管断面不变）（矩形送风管断面不变） v*要实现均匀送风可采取的措施（要实现均匀送风可采取的措施（如图如图） 1、设阻体；、设阻体； 2、改变断面积；、改变断面积； 3、改变送风口断面积；、改变送风口断面积； 4、增大、增大F，减小，减小f0。 继续 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 返回 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 二、实现均匀送风的基本条件二、实现

29、均匀送风的基本条件： 保持各侧孔静压、流量系数相等保持各侧孔静压、流量系数相等, 增大出流角。增大出流角。 1、保持各侧孔静压、保持各侧孔静压Pj相等；相等； 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 2、保持各侧孔流量系数相等； 与孔口形状、流角以及L0/L= 有关，当大于600， 一般等于0.6 0 L 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 3、增大出流角，大于600，接近900。 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 返回 三、直流三通局部阻力系数和侧孔流量系数直流三通局部阻力系数和侧孔流量系数 1、直流三通局部阻力系数：由直流三通局部阻力系数：由L0/L查表查表2-

30、3-6； 2、侧孔、侧孔流量系数流量系数=0.60.65； 四、四、均匀送风管道计算方法均匀送风管道计算方法 确定侧孔个数、侧孔 间距、每个孔的风量 计算侧孔面积 计算送风管道直 径和阻力 继续 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 返回 五、 如图所示：总风量为如图所示：总风量为8000m3/h的圆形均匀送风管道采的圆形均匀送风管道采 用用8个等面积的侧孔均匀送风，孔间距为个等面积的侧孔均匀送风，孔间距为1.5M，确定，确定 其孔口面积、风管各断面直径及总阻力其孔口面积、风管各断面直径及总阻力。 继续 解：1、确定孔口平均流速确定孔口平均流速v0， 062. 0 5 . 436008

31、 8000 /5 . 4 00 fsmv 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 注意：把每一段起始断面的动压作为该管段的平均注意：把每一段起始断面的动压作为该管段的平均 动压，并假设动压，并假设、为常数，将产生一定误差，但在为常数，将产生一定误差，但在 工程实际是允许的。工程实际是允许的。 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 0 5 2 7 1026.6 T T d L R m （2-3-24） 2.3.1.8 中、低压燃气管网水力计算 l低压管道摩擦阻力计算公式低压管道摩擦阻力计算公式 对低压燃气管网（对低压燃气管网（P10KPaP10KPa）由式）由式2-2-12-2-1可得：可得： 1、层流区Re2100 2、临界区Re=21003500 5 1065 2100 03.0 e e R R 摩阻系数的确定： e R 64 流体输配管网气体输配管网水力特 征与水力计算 1) 钢管 2) 铸铁管 284. 0 )5158 1 (102236. 0 L d d 25.0 68 11.0 d K Re 3、紊流区Re3500，并与管材有关 水力计算水力计算图表图表 编制条件：编制条件： 分天然气、人工煤