第四章 输气管的水力计算
《管道的水力计算》PPT课件
（1）按ΣQi=0分配流量 从A点和最远点F点分配，可假设
（2）计算各管段损失并填表 注意正负号 hi SiQi2
（3）计算校正流量ΔQ
注意公共段CD
环网计算表
环 管 假定流
路 段 量Qi
Si
管段校 校正后 校正后
hi
hi /Qi
ΔQ
正流量 的流量Qi 的hi
AB +0.15 59.76 +1.3346 8.897
vB2 2g
zA
zB
pA pB
g
v
2 A
2g
1 vB2Biblioteka 2gH0——作用水头
H0
1
vB2 2g
流速
vB
1
1
2gH0 2gH0
对锐缘进口的管嘴，ζ=0.5， 1 0.82
1 0.5
流量 Q vB A A 2gH0 A 2gH0
Qi 0 b.由流量确定各管段管径
d 4Qi ve
ve——经济流速（规范要求）
c.由控制线确定作用压力
p pi pc Spi Qi2 pc 或 H hi hc Shi Qi2 hc
d.阻力平衡，调整支管管径
（2）管网布置和作用压力已定，求di——校核计 算，扩建管网
短管的作用水头
H0
1
l d
v2 2g
1→突扩ζ=1，H0→H
H l v2
d 2g
v2
4Q
d
2
2
代入，得
四、燃气管道的水力计算
0.2 0.2 0.3 0.3 0.3 0.2 0.2+0.3
80 120 90 120 90 120 200
80 120 120 -
160 240 90 120 90 240 200
• 计算节点流量
节点 号 1
相关管段
1-2，1-6
节点流量
0.45×160+0.45×240=180
• 燃气管道总压力降和压力降分配 • • 高压燃气管道局部阻力按沿程压力损失 的5%计算；低压燃气管道局部阻力按沿程 压力损失的10%计算；
• （为了确保燃气管道能安全正常运行而规定的燃气压力 降，用于管网计算平差的校核。）
• 室外低压燃气管道允许压力降计算公式 • △P=0.75Pe
• • • •
• 图中已注明节点 号，环号、管段 长度和每环的煤 气负荷，给出了 需要由管段1~2、 2~3、1~6供应的 环外邻近区域的 负荷以及由节点3、 6引出支线的负荷。 管网中的计算压 力降P=550Pa。 • 1、求各管段的 途泄流量； • 2、拟定气流方 向；
• 计算各环单位长度途泄流量
各环单位长度途泄流量计算环号环内总负荷 （m³ ） /h 环号 环内总负荷 环内管段总 单位长度途泄流 （m³ /h） 长(m) 量[ m³ (h· / m)]
推算管段计算流量
196
322.5 65.5 50 80
115.5
308
504 180
536
153.5
302.5
103.5
• 初步拟定管径
P 550 0.38 Pa / m l 1300 1.1
允许的总压力降550Pa，计算点1到点4（不 利点）的距离为1300米。 根据允许的单位长度的压降和管段的计算长 度，从水力计算图标查管径。
低压燃气管道水力计算公式
燃气管道输送水力计算一、适用公式燃气的管道输配起点压力为10KPa，按《城镇燃气设计规范》，应纳入中压燃气管道的范围。
但本设计认为，虽然成套设备的输出压力为10KPa，出站后，压力即降至10KPa以下。
整个管网系统都在10KPa以下的压力状态下工作，因此，在混空轻烃管道燃气输配过程的水力计算，应采取低压水力计算公式为宜。
二、低压燃气管道水力计算公式：1、层流状态 Re≤2100λ＝64/Re Re＝dv/γΔP/L＝1.13×1010（Q0/d4）γρ0（T/T0）2、临界状态 Re＝2100~3500λ＝0.03＋（Re －2100）/（65 Re－1×105）ΔP/L＝1.88×106［1＋（11.8 Q0－7×104dγ）/（23.0Q－1×105dγ）］（Q02/d5）ρ（T/T）3、紊流状态 Re≥35001）钢管λ＝0.11［（Δ/d）＋（68/ Re）］0.25ΔP/L＝6.89×106［（Δ/d）＋192.26（dγ/ Q0）］0.25（Q2/d5）ρ（T/T）2）铸铁管λ＝0.102［（1/d）＋4960（dγ/ Q）］0.284ΔP/L＝6.39×106［（1/d）＋4960（dγ/ Q0）］0.284（Q02/d5）ρ0（T/T0）注：ΔP——燃气管道的沿程压力降（Pa） L——管道计算长度（m）λ——燃气管道的摩阻系数 Q——燃气流量（Nm3/h）d——管道内径（mm）ρ——燃气密度（kg/Nm3）γ——0℃和101.325kPa时的燃气运动粘度（m2/s）Δ——管壁内表面的绝对当量粗糙度（mm） Re——雷诺数T——燃气绝对温度（K） T——273Kv——管内燃气流动的平均速度（m/s）（摘自姜正侯教授主编的《燃气工程技术手册》——同济大学出版社1993版P551）二、燃气的输配工况条件起点压力——10KPa 最大流速——10m/s燃气密度——1.658kg/Nm3（20℃和浓度20%时）纯轻烃燃气运动粘度——1.92×10－6m2/s（0℃和101.325kPa时）燃气运动粘度——11.1×10－6m2/s（0℃和101.325kPa时）三、钢管阻力降的计算与查表结果注：1、——*因计算数据与实际数据误差过大，已无计算、列表的必要。
第四章 管内流动和管道水力计算
第四章 管内流动和管道水力计算 The Fluid in Pipe and The Hydraulic Calculation第一节 黏性流体总流的伯努利方程 The Bernoulli Equation of Total Real Fluid一、黏性流体总流的伯努利方程(The Bernoulli Equation of Total Real Fluid)在工程流体力学中，采用半理论推导，辅以实验实测的方法，对理想流体总流的伯努力方程进行休修正。
黏性流体总流的伯努力方程：=++gc gp z 221111αρw h gc gp z +++222222αρ式中21,c c ----有效截面的平均流速；21,αα----动能修正系数，它是有效截面上的实际比动能与平均流速比动能之比值。
层流时α=2，紊流时α=1.12-1.02之间，工程管道多为紊流流动，计算时常取α=1wh ----两有效截面之间的水力损失。
二、黏性总流伯努利方程的探讨(discuss of the Bernoulli equation) 1. 方程的物理意义测压水头线和实际总水头线都在沿程下降，这是因为水力损失在沿程积累。
理想总水头线和实际总水头线之间的高度差w h ，就是从管道进口到该截面处的水力损失值。
1) 实际总水头线与测压水头线之间的高度差，是该有效截面上的速度高程g c 2/221α。
2) 沿着管道流程，流动的流体总是受到摩擦力的阻滞，称之为沿程阻力；克服沿程阻力所消耗的能量称为沿程损失；单位质量流体的沿程损失称为沿程水力损失，以f h 表示。
其大小为)2/)(/(2g c d l h f λ=式中f h ---沿程水力损失，g p h f f ρ∆/=f p ∆----两有效截面之间的压强差l ----计算的管段长度d----管道内径c ----管道截面上流体的平均流速 λ ----沿程阻力系数沿程阻力损失是由于流体各流层之间及流体与固体壁面之间因流速不同，产生内摩擦力而造成的，其作用存在于整个流动过程中。
输气管道水力等计算公式(输气管道设计与管理)
潘汉德 注：该式适用于管径从168.3mm到610mm，雷诺数范围从 尔A式 14×106的天然气管道 潘汉德 注：该式适用于管径大于610mm的天然气管道 尔B式
λ= 0.008159
m /s 0.0000109 (Ns)/m2 0.44 16 m m3/s
2
三个公式可任选一个,其中二式用 三式用的是体积流量）
第一边界雷诺数 Re1= 第二边界雷诺数 Re2=
2174.974 3210493
前苏联取k=0.03mm，我国常取
输量不大、净化程度较差
雷诺数范围从5×10 到
6
的天然气管道
管壁的当量粗糙度
k=
0.00005 m
水力摩阻系数λ 水力摩阻系数λ的计算
1、光滑区 2、混合摩擦区 λ= 0.009146 λ= 0.012997 或 0.011836166
λ= 0.012368
威莫斯 注：此公式取k=0.mm，适用于管径小、输量不大 的矿区集气管网 公式
3、阻力平方区
λ= 0.009436
雷诺数
Re=
0
0
33307000﹤Re﹤Re1 Re﹥3000 流态为紊流 Re1﹤Re﹤Re2 Re﹥Re2 流态判断 光滑区 混合摩擦区 阻力平方区 阻力平方区 注：目前美国取k=0.02mm， 0.05mm 第一边界雷诺数 第二边界雷诺数
计算雷诺数
气体流速 气体密度 气体相对密度 v= ρ= △= 0.65 1.206 kg/m3 kg/s （含推导过程，三个公式可任选一个 的是质量流量，三式用的是体积流量 m/s kg/m3 气体运动粘度 气体动力粘度 管道内径 ν= = D=
空气密度（标况） ρa= 输气管道质量流量 M=
输气管道流量（标况） Q=
输气管第四章输气管的水力计算
输气管第四章输气管的水力计算输气管的水力计算是为了确定输气管道的流动特性、确定管道尺寸以及检验管道的设计是否合理。
下面将从流速、流量、摩擦损失和水头损失等方面进行详细介绍。
首先，我们需要确定输气管道的设计流速。
设计流速主要取决于输气管内气体的流动性质和管道周围环境的要求。
一般来说，设计流速不宜过高，以避免管道磨损、能耗增加和安全隐患。
在确定设计流速时，需要考虑输气管道的用途、输送气体的特性以及管道运行条件等因素，常见的设计流速范围为20-40m/s。
其次，根据设计流速和管道尺寸，我们可以计算出设计流量。
设计流量是指单位时间内通过管道的气体体积。
通常采用流量计来直接测量，但在没有流量计的情况下，可以根据公式Q=V×A计算，其中Q为流量，V 为流速，A为流道截面积。
接下来，我们需要计算输气管道的摩擦损失。
摩擦损失是指气体由于与管壁之间的摩擦力而损失的能量。
摩擦损失随着管道长度增加而增大，并且与气体流速、管道直径和壁面粗糙度等因素有关。
常用的计算摩擦损失的方法有达西方程和柯西方程。
使用这些方程可以计算得到管道单位长度的摩擦损失，然后乘以管道长度，即可得到总的摩擦损失。
最后，我们需要计算输气管道的水头损失。
水头损失是指流体由于通过管道和附件等部位而损失的动能。
水头损失分为局部损失和分布损失两部分。
局部损失是指由于管道的突变或附属装置如弯头、阀门等引起的附加阻力。
分布损失是指由于摩擦、扩散和转化等引起的管道本体的阻力。
在进行水头损失的计算时，可以使用马克斯韦方程、伯努利方程以及能量守恒等原理，结合管道的几何形状和流动特性进行计算。
综上所述，输气管道的水力计算是一个复杂的过程，需要考虑多个因素来确定管道的流动特性和尺寸。
通过合理的流速选择、流量计算以及摩擦损失和水头损失的计算，可以确保输气管道的安全运行和经济性。
第四章输气管的水力计算
第四章输气管的水力计算输气管的水力计算是为了确定管道中气体流动时产生的压力损失和流速等水力参数，从而有效地设计输气系统。
本文将从输气管的水力原理、水力计算公式以及实际应用中的注意事项等方面进行详细探讨。
一、水力原理输气管的水力原理主要依据流体的连续性方程、能量方程和阻力方程。
其中连续性方程描述了输气管中气体流动的连续性，能量方程用于计算气体在管道中的能量变化，而阻力方程则是根据经验公式，计算气体流动产生的摩阻力。
二、水力计算公式1.压力损失计算公式：压力损失（ΔP）=λ×L/D×(ρv^2/2)其中，λ为摩阻系数，L为管道长度，D为管道直径，ρ为气体密度，v为气体流速。
2.流速计算公式：流速（v）=Q/（πD^2/4）其中，Q为气体流量，D为管道直径。
3.管径计算公式：D=0.613×（Q/P）^(1/2)其中，Q为气体流量，P为设计压力。
三、实际应用注意事项1.摩阻系数的选择：摩阻系数的选择会直接影响到压力损失的计算结果，需要根据具体情况进行合理的选择，可以参考相关经验数据或者进行实验研究。
2.流量和压力的测量：水力计算需要准确的流量和压力数据，因此在实际应用中需要使用合适的流量计和压力计进行测量。
同时，还需要考虑测量误差的影响，并进行相应的修正。
3.管道布置和管径设计：在输气管的水力计算中，需要合理布置管道和选择合适的管径，以便满足系统的流量和压力要求，并减小压力损失。
在实际应用中应进行综合考虑，根据具体情况进行设计优化。
4.防止压力过高：在输气管的水力计算中，需要考虑到气体在流动过程中的压力变化，防止压力过高对设备和管道造成损坏。
因此，在设计过程中需要合理选择设计参数，进行安全性评估。
总结：输气管的水力计算是设计输气系统中重要的一环，通过合理的水力计算可以确保输气管道的正常运行。
对于水力计算公式的使用和实际应用中的注意事项，设计人员需要充分理解，并综合考虑实际情况，确保设计的合理性和安全性。
管路水力计算
精心整理一、管路水力计算的基本原理1、一般管段中水的质量流量G，kg/h，为已知。
根据G查询热水采暖系统管道水力计算表，查表确定比摩阻R后，该管段的沿程压力损失P y=Rl 就可以确定出来。
局部压力损失按下式计算Σξ----（2（式中ξd——当量局部阻力系数。
计算管段的总压力损失ΔP可写成（5）令ξzh=ξd+Σξ式中ξzh|——管段的这算阻力系数（6）又(7)则（8）设3、当是假设（式中l dΔP=P y+P j=Rl+Rl d=Rl zh（11）式中l z h为管段的折算长度，m。
当量长度法一般多用于室外供热管路的水力计算上。
二、热水采暖系统水力计算的方法1、热水采暖系统水力计算的任务a、已知各管段的流量和循环作用压力，确定各管段管径。
常用于工程设计。
b、已知各管段的流量和管径，确定系统所需的循环作用压力。
常用于校核计算。
c、已知各管段管径和该管段的允许压降，确定该管段的流量。
常用于校核计算。
2、等温降法水力计算方法2-1最不利环路计算（1）最不利环路的选择确定采暖系统是由各循环环路所组成的，所谓最不利环路，就是允许平均比摩阻最小一般就（2式t g—t g—（3式ΔP（4）根据R pj和各管段流量，查表选出最接近的管径，确定该管径下管段的实际比摩阻和实际流速v。
（5）确定各管段的压力损失，进而确定系统总的压力损失。
2-2其他环路计算其他环路的计算是在最不利环路计算的基础上进行的。
应遵循并联环路压力损失平衡的规律，来进行各环路的计算。
应用等温降法进行水力计算时应注意：（1）如果系统位置循环作用压力，可在总压力损失之上附加10%确定。
（2）各并联循环环路应尽量做到阻力平衡，以保证各环路分配的流量符合设计要求。
（但各并联环路的阻力做到绝对平衡是不可能的，允许有一个差额，但不能过大，否则会造成严重失调。
（3）散热器的进流系数跨越式热水采暖系统中，由于一部分直接经跨越管流入下层散热器，散热器立管中的出现近下进行算方法使设计开始。
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5
3. 水力摩阻系数沿管长不变 λ ＝f（Re,ε ）在大型输气管中，气体流 态主要处于阻力平方区或混合摩擦区，稳 定流动时全线Re变化不大，故λ 完全或主 要取决于ε 。 λ ＝const是符合输气管实际情况的。
6
稳定流动运动方程：
dp dw ds w2 w g 0 dx dx dx D 2
大的影响大于降低终点压力的影响。
35
五、终点压力对输气量的影响
pZ＝ pQ
2 2
δ：0→1
2
pQ pZ C Q
C Q p Q
2 1
2
2
pQ Qmax C
Q 2 1 Qmax
36
1 pZ＝ pQ 2
天然气特性常数不好求，用空气特性常数
Ra和天然气相对密度取代。
15
Q C0
4
( p p )D
2 Q 2 Z
5
Z TL
Ra T0 p0
(4-9)
C0
293 2 1/2 -1 287.1 0.03848 m .s.K .kg 4 1.01325 105
16
表4-1C0值
第四章 输气管的水力计算
王武昌
储运与建筑工程学院
1
目录
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
第八节
稳定流动气体管流的基本方程 水平输气管的流量基本公式 地形起伏地区输气管的流量基本公式 摩擦阻力系数与常用的输气管流量公式 输气管基本参数对流量的影响 输气管的压力分布和平均压力 等流量复杂管计算 环状集气管网的计算
我国法定单位
秒 混合 混合 我国法定单位 我国法定单位 规范
Cp
039314
4.0355 1077.48 3.18*106 3.224*106 3.224*105 11522
30
Pa(N/m2)
kgf/m2 kgf/cm2 kgf/cm2 105Pa MPa MPa
m
m km km km km km
26
三、 输气管常用水力摩阻系数
威莫斯(Weymouth)公式
0.009407 3 D
潘汉德尔(Panhandle)公式
4 0.0392 0.0147 Re (16.49 Re0.01961 ) 2
27
前苏联天然气研究所公式
0.009588D0.2
规范推荐柯列勃洛克公式：
∴ 对长管路可忽略
2 ln
PQ
PZ
影响不大
12
短距离放空管：L=100m, D=0.5m,
λ=0.01, PQ=60×105 pa，PZ＝3×105 pa
L 2 D 2 ln PQ PZ 6
∴ 对短距离放空管路不可忽略
2 ln
PQ
PZ
13
长距离水平输气管：
M
4
( p p )D
2
第一节 稳定流动气体管流的基本方程
连续性方程
( F ) ( wF ) 0 x
运动方程
( Fw) ( w2 F ) pF w2 g F sin F x x D 2
3
一、简化条件
1.
气体在管内作稳定流动
38
第六节 输气管的压力分布和平均压力
一、 沿线压力分布
pQ A x L px M pZ B
全线流量相等：
2 2 pQ px
x px
2 Q
2 2 2 2 pQ pZ px pZ Lx L
x p (p p ) L
2 Q 2 Z
(4-38)
39
2 图4-3 px和 px 的变化
pZ dp M ZRT L pdp 0 dx 2pQ 2 2F D p
p p
2 Z
2 Q
2
M ZRT 2 2F
2
pZ L 2 ln D p Q
10
1、输气管基本流量公式
输气管的质量流量：
M
4
( p p )D
Q Qmax
Q=0.866Qmax
3 2
1
1
δ
目前在输气管线上有缩短站间距，减小压比的趋势。
37
小结
增大管径是提高输量的主要方法； 减小站间距、减小压比对提高输量作用 很大，但是要经济比较考虑。 低温输送有利于增加输量，但是输气管 是否采用低温输送要进行经济分析。 高压输送是提高输量的另一个主要途径、 末端压力波动对输量影响不大，进站压 力一般保持在。
8 3 2 Q 2 Z
0.5
决定输气管输量的管道参数包括： D、T、L、PQ、PZ
31
一、 管道直径对流量的影响
Q1 D1 Q2 D2
8 3
D2=2D1
Q2 22.67 Q1 6.4Q1
加大直径是增加输气管流量的主要措施！
32
二、 输气温度对流量的影响
使内壁光滑，粗糙度降低至0.005mm， 输量一般可提高5～10％。 一般的管道运行过程中粗糙度会增大， 而带内涂层的增加很少 减少管内壁腐蚀 保持天然气净化，以免天然气携带钢管 的锈蚀物 减少清管次数，降低操作费用
25
西气东输管道采用减阻内涂层技术：
１．管内壁加上内涂层之后，可节省３座压 气站，减去涂层的费用，一次性投资就可 节约资金约７亿元。 ２．每年可节约运行费１.５５亿元左右。
Q2 2Q1 1.414Q1
输气管管道的站间距一般在110Km到
150Km。
34
四、 起、终点压力对流量的综合影响
2 2 pQ pZ ( pQ pZ )( pQ pZ ) ( pQ pZ )p
高压输送是输气管增加流量的另外一个主要措施。
改变相同的δp时，提高起点压力对流量增
பைடு நூலகம்40
沿线压力的变化
x L
0
P Q
1 4
1 2
3 4
1
PZ 0
PZ 40bar
0.866P Q 0.707P Q 0.5P Q
0
70
63.8
57
49.2
40
输气管压力高一些，对降低能耗和输气成本有利；
41
二、 平均压力
按停输前后管路内 气体质量不变为原 则计算平均压力。
17
Mm3/d 我国法定单位 Mm3/d 我国法定单位
输气管设计规范2003
P P D Q 1051 Z TL
2 Q 2 Z
5
0.5
•Q---气体（工程标况，101325Pa，293K）的流量（m3/d）
•T----输气管内的平均温度，K
•P—都是绝压MPa •D----cm •L---Km
p p Z 0.961TL
2 Q 2 Z
0.51
• E 输气管效率系数：管道公称直径DN300-800 E取0.8-0.9；
>DN800 E取0.91-0.94
29
表4-2系数 Cw C p
参数的单位
压力p 长度L 管径D 高程 s 流量 Q
系数
单位的系统
Cw
23
二、 管壁粗糙度
表面状态
新钢管 室外暴露6个月 12个月 清管器清扫 喷砂 内壁涂层
绝对粗糙度，mm 0.013～0.091 0.025～0.032 0.038 0.008～0.013 0.005～0.008 0.005～0.008
24
对于新管，我国通常当量粗糙度取0.05 mm
减阻内涂层技术
m
m cm mm mm mm cm
m
m m m m m m
m3/s
m3/s m3/d Mm3/ d Mm3/ d Mm3/ d m3/d
0.3967
3.89 493.41 1.063*106 1.084*106 1.084*105
第五节 输气管基本参数对流量的影响
p p Q Cw D Z TL
单位的系统
参数的单位
C0
压力p
Pa(N/m2) kgf/m2
长度L 管径 流量Q
D
m m m m m3/s m3/s 我国法定单位 秒 0.03848 0.377
kgf/cm2
kgf/cm2 105Pa MPa
km
km km km
cm
mm mm mm
m3/d
Mm3/d
混合
混合
103.10
0.326*106 0.332*106 0.332*105
M F w const
ds=0
dp
2 2
(4-2)
M MZRT w F Fp
8
第二节
水平输气管的流量基本公式
2 2
dp dx MZRT 1 MZRT 1 ZRT d 2 p 2 D FP 2 F p
2 Q 2 Z
4
pQ L ZRT 2ln pZ D
(4-5)
注：公式中P、T用绝对压力和绝对温度
11
长距离输气管：L=100km, D=1m,
λ=0.01,
PQ=60×105 pa, PZ＝30×105 pa
2 ln PQ PZ 1.39
L 1000 D
：线路纵断面特征对输气能力的影响
21