第6章 管网系统水力工况分析4
第六章燃气管网的水力计算
第六章燃气管网的水力计算第一节管道内燃气流动的基本方程式我们先看以下燃气管道计算的不稳定流动方程。
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是不稳定流，管道内燃气的压力和流量在流动过程中都会发生变化，除此之外，随着管道内沿程压力的下降燃气的密度也在减小，而管道内燃气的温度可以认为是不变的，其温度等于管道周围土壤的温度。
这样，决定燃气流动状态的参数为：压力P，流速w和密度ρ，他们均随燃气流动的距离和时间而变化。
是距离L和时间τ的函数，即为了求得燃气流动的状态参数P，w和ρ，必须借助于运动方程，连续性方程和状态方程三个方程。
对管道内的燃气列出运动方程和连续性方程，再将其与状态方程组合，可以得到求解管道内燃气流动的基本方程式：其中α指的是燃气管道对水平面的倾斜角。
λ为摩阻系数，d是燃气管道的内径。
从理论上讲，该式可用来求解在燃气管道中任意断面x和任一时间τ的气流参数P，ρ和流速w，但实际上这一组非线性偏微分方程组很难求解析解，在工程上常可忽略某些对计算结果影响不大的项，并对该方程组进行线性简化，可求得近似解。
到简化后的方程组为：其中c为声速上式即为简化后的燃气管道不稳定流动方程组，但在实际生产和生活中，该方程的应用并不多，除了单位时间内输气量波动大的超高压天然气长输管线要用到上面的不稳定流进行计算外，设计城市燃气管道时燃气流动的不稳定性可以不考虑。
因此我们下面主要讲一下燃气管到计算的稳定流动方程式。
二、稳定流动方程式通常在城市燃气管网工程设计中，将某一小段时间内（如一小时或一天）的管内流动作为稳定流动，认为各运动参数P ，w 和ρ不随时间变化。
这样这三个参数对时间的偏导数都等于0，即0=∂∂τP0=∂∂τρ0=∂∂τω将他们带入不稳定流动方程组，然后进行适当简化积分后可得稳定流动燃气管计算的公式：该方程可以用来计算高压和低压燃气管道。
其中P1是管道起始端管内燃气的绝对压力Pa ，P2是L 处管道内燃气的绝对压力Pa ， λ为摩阻系数，Q 0为燃气管道的计算流量Nm 3/s ， d 是管道内径m ，0ρ为燃气的密度kg/Nm 3P 0为标准大气压，P 0=101325Pa ，T 为燃气的温度K ，T 0为标准状态温度，T 0=273.16KZ 是燃气在管内所处温度压力下的压缩因子，Z 0是燃气在标准状态下的压缩因子， 将该式用于计算低压燃气管道压降时可以进行简化，P m 为管道起始端和末端压力的算数平均值，，低压管道本身压力很低，可以认为0P P m ≈，带入稳定流动计算公式可得：若考虑城市燃气管道的压力一般在1.6MPa 以下，此时可认为10=≈Z Z ，并将公式中的各参数采用工程中常用的单位，P 的单位用kPa ，L 的单位采用km ，流量的单位采用Nm 3/h ，管道内径d 的单位采用mm ，则第三部分我们看一下计算公式中的摩阻系数λ 三、燃气管道的摩擦阻力系数简称摩阻系数，是反映管内燃气流动摩擦阻力的一个无因次系数，与燃气在管道内 的流动状况、管道材质、管道的连接方法及安装质量、燃气的性质等因素有关，是雷诺数Re 和相对粗糙度d∆的函数。
水力学_第6章 有压管流
例.设有一倒虹吸管如图所示。上下游水位H=8m， 管长l=200m，管径d=0.5m，管壁为清洁水泥面，求 流量Q .
解：取上、下游液面， 列伯努利方程：
υ1≈υ2≈0
H=z1-z2=8m
查 表 取 ： 进 口 = 0.5,弯 头 = 0.1， = 1.0m m ，
运 动 粘 滞 系 数 1.306106m 2/sHhw8m=(dl
概念：
取水点至水泵进口的管道
水力计算目的：
确定水泵允许安装高度Hs
Hs hv(+dl )2g2
（2）压力水管（按长管计算）
概念： 水泵进口至提高液面的管道
水力计算目的：
确定水管的管径
d xQ0.8
X取0.8-1.2
（3）水泵装机容量
水泵扬程
Hp Zhw
水泵的有效功率 NpQpH /10 0 p(单 0 位 kW )：
根据管道布置与连接情况，管道可分为
简单管道
串联管道(pipe in series)
复杂管道
并联管道(pipe in parallel) 管 网(pipe networks)
枝状管网（branching pipe） 环状管网(looping pipe)
简单管道：指粗糙度相同没有分支的等管径管道， 复杂管道：指由两条以上有分支或粗糙度或管径不同管道组成的管系。
（ｃ）枝状管路：枝状管路起始点不同， 而汇合点相同。
（ｄ）网状管路：起始和汇合均不同的 不规则管路。
2、设计管路的目的
尽量减少动消耗，即能耗，节约能源，节约 原材料，降低成本。
为达到上述目的，需计算确定Q，尺寸（Ｌ、
d），损失hf。
有压管中的恒定流
有压管道 无压管道
新给水管网6-10章
q1
q2
qP ) 0
12
方程组左边的第一部分即为我们初分流 量时环内正反两个方向水头损失差，称为闭 合差：
F1 ( q 1 , q 2 , q 3 , , q P ) h1
0 0 0 0
F2 ( q1 , q 2 , q 3 , , q P ) h 2
0 0 0
J S ( H 1 H 1 , H 2 H 2 , , H J S H J S ) 0
0 0 0
20
将函数在初拟压力上展开，并忽略高阶微量：
1 ( H 1 , H 2 , , H J S ) (
0 0 0
1 H 1 2 H 1
0 0 0 0
F L ( q1 , q 2 , q 3 , , q P ) h L
0 0 0 0
13
将闭合差项移到方程组的左边，得到关 于流量误差（校正流量）的线性方程组：
F1 q1 F2 q1 FL q1 q1 q1 F1 q2 F2 q2 FL q2 q2 q2 F1 q P F2 q P FL q P q P h1 q P h2
0 0 0 0
10
初步分配流量与实际流量的的差额为 Δq，实际流量应满足能量方程：
F1 ( q 1 q 1 , q 2 q 2 , q 3 q 3 , , q P q P ) 0
0 0 0 0
F2 ( q1 q1 , q 2 q 2 , q 3 q 3 , , q P q P ) 0
8
（三）如何进行管网平差
管网平差有下面三种方法 （1）解环方程组法 原理：在初步分配流量的基础上，逐步调整管段流 量以满足能量方程。
城市燃气课件第六章燃气管网水力计算
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05
CATALOGUE
燃气管网水力计算案例分析
案例一：某城市燃气输配管网的水力计算
总结词
复杂管网模型、多种气源、多级压力
详细描述
该案例针对某城市的燃气输配管网，建立了复杂的水力计算模型，考虑了多种 气源和多级压力的情况，通过计算和分析，确定了管网的输送能力和压力分布 。
案例二：某大型工业园区燃气管网的水力计算
目的
确保管网正常运行，优化燃气分 配，降低运营成本，预防潜在问 题。
计算原理
01
02
03
流体动力学原理
依据流体动力学的基本原 理，分析燃气在管网中的 流动状态和规律。
质量守恒定律
确保管网中燃气质量守恒 ，即流入和流出的燃气量 相等。
能量守恒定律
根据能量守恒定律，分析 燃气在管网中压力和流速 的变化。
混合模型的局限性
模型建立较为复杂，需要具备丰富 的专业知识和经验，同时对于某些 特定场景的适用性仍需进一步验证 。
03
CATALOGUE
燃气管网水力计算方法
节点法
01
节点法是一种基于管网节点压力 平衡的算法，通过求解管网中各 节点的压力和流量，计算出管网 的流量分配和压力损失。
chap.6(new4)
过A作垂线 线与I交于B
A点是串联工作的工况点，流量 为QA，压头为HA
B点是串联工作时其中一台设备 的工况点，流量为QB=QA，压头 为HB；HA=2HB<2HC C点是其中一台设备单独工作时 的工况点，流量为QC，压头为 HC；HC<HA，Qc<QA
(3) 泵(风机)串联运行特点小结 串联运行的总流量和压头都比串联前高。 表面上看，增加压头是串联的目的。但最 终目的一般还是为了满足更大的流量需求。 流量大，管网的阻力大，需要更大的动力。
6.1.2 泵(风机) 在管网系统中的工作点
非稳定工况点
性能曲线是驼峰形的泵（风机）：
E点是不稳定工况点。当泵（风机） 应通过工况分析， 受到干扰时（如电压波动），如流 使泵 风机) 工作在 量由 E( 点向流量增大方向偏离时， 泵（风机）的压头大于管路阻力， 稳定工作区！ 管路中流速加大，流量增加，工况 点继续向流量增大的方向移动，无 法回到原工作点。反之亦然。
(8)不同性能设备并联运行
H
工程中一般采用相同 的设备并联运行。 Ⅰ、Ⅱ分别是两台设备的性能 曲线 Ⅰ＋Ⅱ是两台设备并联的性能 曲线。 Ⅲ是管网特性曲线 A点是两台设备并联工作的工 况点，C、B分别是其中设备I 和设备II的工作点 E、D分别是设备I和设备II单 独在管网中运行的工作点 QA<QD+QE
工况点
？
6.1.4 泵(风机) 在管网系统中的工作点
泵(风机) 在提供的能量与管网中流体 流动所需的能量相等。
H f (Q) H st SQ
2
在工况点上，泵、风机的工作流量即为管网中 通过的流量，提供的压头与管网在该流量下流 动所需的压头相一致。
③增速节流法。
水力学-第六章管道
3．计算水泵装机容量N
水泵装机容量N：水泵的动力机(如电动机)所具有的总功率。
hp : 单位重量的水体从水泵获得的能量 有效功率 Np：单位时间 内重量为 gQ 的水流从水泵获得的 能量。 水泵总效率
N p gQhp
则
N p N
水泵装机容量为
gQhp N (kw) 1000 1000
2 1 1
Q Q1 Q2 ... Qn
6.3.4 沿程泄流管道 在工程中常有这样的情况，水在沿管轴方向
流动的同时，还从管侧壁上连续地有流量泄 出，这种管道称为沿程泄流管道。
如灌溉工程中的 人工降雨管道 或给水工程中 的滤池冲洗管
滴灌节水技术
农业滴灌技术
以 色 列 地 貌
以色列濒临东地中海,缺水少土,资源贫乏,沙漠荒山占了国 土的2/3,水资源仅16亿立方米,人均约250立方米水,不到全 球...― 以色列地处沙漠地带边缘,水资源匮乏。严重缺水使 以色列在农业方面形成了特有的滴灌节水技术。
12m。进口装滤水网，无底阀，ζ=2．5，管的顶部
有60度的折角转弯两个，每个弯头ζ=0.55。
求：(1)虹吸管的流量；(2)当虹吸管内最大允许真空值
为7.0m时，虹吸管的最大安装高度.
若绘制虹吸管的总水头线和测管水头线，其 测管水头线位于管轴线以下的区域，为真空 发生区。
(1)计算虹吸管的流量。 列断面1，3的能量方程或采用淹没出流
H H A HB
每段管道的水头差是相等
H H ... ... H
Q l K 2 Q2 2 l2 K2 2 Qn 2 ln Kn
2 1 2 1 1
(流体输配管网课件)第6章泵、风机与管网系统的匹配
Ha=Hb=Hc
H
ab
c
I
II
Qa
Qb Qa+Qb
在Q－H坐标系上分别绘出
各台设备的Q－H性能曲线I，
II；
在纵轴上取压力值H，做水
平线，分别与各设备性能曲
线相交，得到交点a,b,
III
延长水平线H=Ha=Hb至 C，且Qc=Qa+Qb，c应为并
联性能曲线上的点。
另取压力值，按上述方法可
得并联性能曲线上不同的点。
B C
D
A
0.8
B C
D
A
0.9
B C
D
A
1.0
B C
D
SWSI风机系统效应曲线列表
无出口管道
N M-N L-M L-M O-P N-O M-N M-N
Q P N-O N-O R-S Q-R P P S R-S Q-R Q-R T S S R T S-T R-S R-S
12％效应管长
O N M N P-Q O-P N N Q-R Q O O S R-S Q Q S-T S R R T-U S-T S S T-U S-T S S
L1 L2
2）管路“水力并联”
➢ 两个管路构成的回路（或虚拟回路）中，重力作 用与输入的全压动力均为零，则它们处于“水力 并联”地位，其阻力相等。
P1 P2 L L1 L2
1
1 2
S S1 2 S2 2
2）管路并联
P1 P2 P L L1 L2
S1L12 S2L22 S L2
• 产品技术样本给出的某种类型、规格的泵、 风机的性能曲线（或性能参数表），是根 据某种标准实验状态下测试得到的数据整 理绘制而成的。
燃气基础知识 第六章 燃气管网水力计算
家用燃气表及灶具安装规定及要求
1）燃气用户应单独设置燃气表；燃气表应根据燃气的工作 压力、温度、流量和允许的压力降等条件选择； 2）燃气表宜安装在不燃或难燃结构的室内通风良好和便于 查表、检修的地方； 3）严禁安装在下列场所：卧室、卫生间及更衣室内；设备 的管道井内，或有可能滞留泄漏燃气的隐蔽场所；环境温度 高于45℃的地方；经常潮湿的地方，堆放易燃易爆、易腐蚀 或有放射性物质等危险的地方；有变、配电等电气设备的地 方；有明显振动影响的地方；高层建筑中的避难层及安全疏 散楼梯间内。 4）使用人工煤气和天然气时，燃气表的环境温度应高于0℃； 使用液化石油气时，应高于其露点5℃以上；高位安装燃气 表，表底距地面不宜小于1.4m；低位安装时，表底距地面不 得小于10cm。
式中 Q—计算流量，m3/h Q1—途泄流量，m3/h； Q2—转输流量，m3/h；
节点流量
节点流量等于流入节点所有管段途泄流量 的0.55Q1、流出节点所有管段途泄流量的 0.45Q1以及与该节点的集中流量三者之和
节点1
q1 0.55Q1 61 0.45Q1 12
节点2
q2 0.55Q1 12 0.55Q1 52 0.45Q1 23
（1）补偿高层建筑的沉降。 （2）克服高程差引起的附加压头的影响：增加阻力；高低层系 统分设；用户调压器；专用灶具。 （3）补偿温差产生的变形。