局部阻力产生的压降
第一章 管道内气(汽)液两相流动压降计算
模型的求解
牛顿迭代法是求解方程的数值方法之一, 牛顿迭代法是求解方程的数值方法之一, 它 比一般迭代法有更高的收敛速度。牛顿迭 代法的公式为 f (X k ) (1(1-99) X =X −
k +1 k
f ′( X k )
如果令
(1 − x) ρ g p + xρ l p 0 xp 0 A 2 ρ l2 2 f ( p ) = −[W + ] ln + 2 (1 − x) ρ g p 0 + xρ l p 0 (1 − x) ρ v
0.079 0.079 f = = 0.25 Re [WD / Aµ ]0.25
（1-97） 97）
式中平均粘度可按西克奇蒂(Cicchitti)计算 式中平均粘度可按西克奇蒂(Cicchitti)计算 式计算
µ = xµ g + (1 − x) µ l
（1-98） 98）
式中: 为两相流动力粘度, 式中: µ 为两相流动力粘度, Pa ⋅ s ；µ l 为液相 动力粘度, 动力粘度, Pa ⋅ s ； µ 为气相动力粘度, Pa ⋅ s 。 为气相动力粘度,
2
利用公式(1-99)及以上两式即可得到求解P 利用公式(1-99)及以上两式即可得到求解P 的迭代关系式, 的迭代关系式,根据此关系式不难编写求解 程序。程序的迭代终止条件为 | f ( p) < E | , 其中 E 是给定的精度值。
2 压降计算模型的推导 –分相模型
在分相流模型中, 气相与液相分开并行流动, 在分相流模型中, 气相与液相分开并行流动,每相 的速度分别以相平均速度表示, 的速度分别以相平均速度表示, 液相与气相的质量 流量分别为
(1(1-108)
冷热水管道压力损失
冷热水管道系统的压力损失意大利卡莱菲公司北京办事处舒雪松无论在供暖、制冷或生活冷热水系统，管道是传送流量和热量必不可少的部分。
计算管道系统的压力损失有助于：（1）设选择正确的管径。
（2）设选择相应的循环泵和末端设备。
也就是让系统水循环起来并且达到热能传送目的的设备。
如果不进行准确的管道选型，会导致系统出现噪音、腐蚀（比如管道阀门口径偏小）、严重的能耗及设备的浪费（比如管道阀门水泵等偏大）等。
管道系统的水在流动时遇到阻力而造成其压力下降，通常将之简称为压降或压损。
压力损失分为延程压力损失和局部压力损失：—延程压力损失指在管道中连续的、一致的压力损失。
—局部压力损失指管道系统内特殊的部件，由于其改变了水流的方向，或者使局部水流通道变窄（比如缩径、三通、接头、阀门、过滤器等）所造成的非连续性的压力损失。
以下我们将探讨如何计算这两种压力损失值。
在本章节内我们只讨论流动介质为水的管道系统。
一、延程压力损失的计算方式对于每一米管道，其水流的压力损失可按以下公式计算其中：r=延程压力损失Pa/m Fa=摩擦阻力系数ρ=水的密度kg/m3v=水平均流速m/s 公式（1）延程压力损失局部压力损失D=管道内径 m管径、流速及密度容易确定，而摩擦阻力系数的则取决于以下两个方面： （1）水流方式，（2）管道内壁粗糙程度1．1 水流方式水在管道内的流动方式分为3种：—分层式，指水粒子流动轨迹平行有序（流动方式平缓有规律） —湍流式，指水粒子无序运动及随时变化（流动方式紊乱、不稳定） —过渡式，指介于分层式和湍流式之间的流动方式。
流动方式通过雷诺数（Reynolds Number ）予以确定：其中：Re=雷诺数v=流速 m/sD=管道内径 m 。
ט=水温及水流动力粘度，m 2/s通过公式2计算出雷诺数就可判断水流方式：Re<2,000： 分层式流动 Re ：2,000-2,500： 过渡式流动 Re>2,500： 湍流式流动由于过渡式流动方式的雷诺数范围较窄，且其流动方式多变，因此大多将大于2,000的归为湍流式流动。
关于原油长输管道压降的分析
2017年08月关于原油长输管道压降的分析刘泽鑫（中石化管道储运有限公司，江苏徐州221000）摘要：随着社会的发展，石油炼化产品在生活中的应用越来越普遍，随之而来的就是原油长输管道的大量投用。
要想保证原油长输管道平稳、长周期以及安全的运行，就需要对原油管道沿途的各个泵站进行实时参数监控，并对运行中的长输管道进行水力计算，核算其水力摩阻和管道压降的情况，从而控制泵站输送的压力和流量，确保原油长输管道泵站出站不超压，泵站进站不欠压，原油能够平稳得进行接收和输送。
关键词：长输管道；管道压降；计算；水力摩阻；结论1压降的计算公式依据流体力学的理论知识，可以得知输油管道的总压降的基本计算公式如下：该公式中的H 是表示输油管道总的压降，hL 表示的是沿途中的摩阻值，hξ表示的是局部产生的摩阻，(Zj-ZQ)是计算高程差的值。
（1）计算水力摩阻系数要想计算出长输管道总的摩阻值，就必须先计算出长输管道在沿途中的摩阻值，也就是hL 。
对于一条长输管道来说，长输管道的计算长度L 和长输管道的计算直径D 都是能够知道的，流速V 也是可以得知的，也就是要将水力的摩阻系数λ计算出来，摩阻系数λ是可以使用达西公式进行求解出来的。
（2）管道内流态的分类依据流体力学的基本原理λ＝f(Re,e/D)，可以将管道中的流体分为以下几种流态：层流中的Re 小于2000；过渡流的Re 介于2000到3000之间；紊流光滑区也叫光滑区，它的Re 是在3000和Re1之间；紊流混合摩擦区也叫混摩区，它的Re 在Re1和Re2之间；紊流粗糙区也叫作粗糙区，它的Re 是大于Re2的。
并且这其中的Re1、Re2和ε都是可以从以下这几个公式中计算得出的。
（3）管壁粗糙度的划分管壁粗糙度的确定是分程度的，一般分为2个程度，第一个是相对粗糙度，第二个是绝对粗糙度。
相对粗糙度是依据绝对粗糙度和管内直径的比值进行计算的，也就是e/D 或者是2e/D 。
绝对粗糙度是依据管内壁面的凸起高度进行统计，并且计算平均值得出的。
管径和压力损失计算
管径和压力损失计算一、管径计算1、管径计算蒸汽、热水、压缩空气、氮气、氧气、乙炔按下述三式计算：按体积流量计算按质量流量计算按允许压降计算式中—管道内径（mm）；—在工作状态下的体积流量（m3/h）；—在工作状态下的质量流量（t/h）；—在工作状态下的流速（m/s）；—在工作状态下的密度（kg/m3）；—摩擦阻力系数；—允许比压降（Pa/m）。
压缩空气、氮气、氧气、乙炔等气体工作状态下的体积流量可由标准状态（0℃，绝对压力0.1013MPa）下的体积流量换算而得式中—标准状态下气体体积流量（m3/h）；—气体工作温度（℃）；—气体绝对工作压力（MPa）。
二、管道压力损失计算管道中介质流动产生的总压差包括直管段的摩擦阻力压降和管道附件的局部阻力压降，以及管内介质的静压差。
管内介质的总静压差：；直管的摩擦阻力压降：；管道附件的局部阻力压降：；管内介质的静压差：。
式中Δp—管内介质的总静压差（Pa）；Δpm—直管的摩擦阻力压降（Pa）；Δpd—管道附件的局部阻力压降（Pa）；Δpz—管内介质的静压差（Pa）；∑ξ—管件局部阻力系数之和；∑Ld—管道局部阻力当量长度之和（m）；H1—管段始点标高（m）；H2—管段终点标高（m）；对液体，因其密度大，计算中应计入介质静压差。
对蒸汽或气体，其静压差可以忽略不计。
三、允许比压降计算对各种压力管路的计算公式为式中—单位压力降（Pa/m）；、—起点、终点压力（MPa）；—管道直管段总长度（m）；—管道局部阻力当量长度（m）。
在做近似估算时，对厂区管路可取=（0.1-0.15）；对车间的蒸汽、压缩空气、热水管路，取=（0.3-0.5）；对车间氧气管路去=（0.15-0.20）看见公式，写上自己知道的公式吧。
管径计算公式。
d=18.8乘以(Q/u)的开平方，其中Q=Qz（273+t）/(293*P),其中，Qz为标准状态下的压力，P为绝对压力。
对于u的确定，p=0.3~0.6MPa时，u=10~20s;p=0.6~1MPa时，u=10~15s;p=1~2MPa时，u=8~12s;p=2~3MPa时，u=3~6s;p>3MPa时，u=0~3s。
实验三 流体流动阻力测定实验指导书
流体流动阻力的测定一、实验目的1．掌握测定流体流经直管、管件和阀门时阻力损失的一般实验方法。
2．测定直管摩擦系数λ与雷诺准数Re 的关系，验证在一般湍流区内λ与Re 的关系曲线，测定流体流经阀门时的局部阻力系数ξ。
4．学会倒U 形压差计的使用方法，识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。
二、基本原理流体通过由直管、管件（如三通和弯头等）和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。
流体流经直管时所造成机械能损失称为直管阻力损失。
流体通过管件、阀门时因流体运动方向和速度大小改变所引起的机械能损失称为局部阻力损失。
1．直管阻力摩擦系数λ的测定流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：2221u d l p p p h ff λρρ=-=∆=（1）即，22lu p d fρλ∆=（2）式中：λ—直管阻力摩擦系数，无因次；d —直管内径，m ；f p ∆—流体流经l 米直管的压力降，Pa; f h —单位质量流体流经l 米直管的机械能损失，J/kg ； ρ—流体密度，kg/m 3；l —直管长度，m ；u —流体在管内流动的平均流速，m/s 。
滞流(层流)时，Re 64=λ（3） μρdu =Re （4） 式中：Re —雷诺准数，无因次；μ—流体粘度，kg/(m·s)。
湍流时λ是雷诺准数Re 和相对粗糙度（ε/d ）的函数，须由实验确定。
由式（2）可知，欲测定λ，需确定l 、d ，测定f p ∆、u 、ρ、μ等参数。
l 、d 为装置参数（装置参数表格中给出），ρ、μ通过测定流体温度，再查有关手册而得，u 通过测定流体流量，再由管径计算得到。
例如本装置采用转子流量计测流量V （m 3/h ），且已经校核，则2900d Vu π=(5)f p ∆可用U 型管、倒置U 型管、测压直管等液柱压差计测定，或采用差压变送器和二次仪表显示。
（1）当采用倒置U 型管液柱压差计时gR p f ρ∆=(6)式中：R －水柱高度，m 。
第三节管道阻力计算
第三节管道阻力计算管道阻力计算是管道工程设计中的一个重要环节，通过计算管道的阻力，可以确定管道系统的运行压力、流量和泵站功率等参数，从而合理设计管道系统，提高系统的运行效率。
管道阻力是指液体在管道中流动时受到的阻碍，其大小与管道的内径、长度、流量和流体性质等因素有关。
管道阻力计算的基本原理是根据管道的一维稳态流动理论，利用流体力学公式和实验数据，建立管道阻力计算公式。
一般来说，管道阻力可以分为摩阻、局部阻力和特殊情况阻力三种情况。
首先，摩阻是指由于流体黏性阻碍流体在管道中流动所产生的摩擦阻力。
管道摩阻损失的大小与管道的内径、长度、流速和流体性质等因素有关，一般可以通过Darcy-Weisbach公式或Colebrook公式进行计算。
其中Darcy-Weisbach公式为：ΔP=f×(L/D)×(ρV^2/2)其中ΔP为管道的压降，f为摩擦系数，L为管道长度，D为管道内径，ρ为流体密度，V为流速。
其次，局部阻力是指由于管道内部存在突变、弯曲、分支、阀门等特殊构件而产生的附加阻力。
局部阻力的计算通常通过失压系数或阻力系数进行，这些系数一般由实验数据确定。
常见的局部阻力计算公式有：ΔP=K×(ρV^2/2)其中ΔP为管道的压降，K为失压系数或阻力系数，ρ为流体密度，V为流速。
最后，特殊情况阻力是指由于特殊情况，如管道内部存在流动障碍物、气液两相流、可压缩流体等而产生的阻力。
这些阻力一般需要通过实验或专门的计算方法进行确定。
在实际的管道工程设计中，一般将管道阻力计算分为整体计算和局部计算两个步骤。
整体计算主要是根据管道的K-value或曼宁系数，计算管道的摩阻损失。
局部计算则是按照实际的管道布局和特殊构件，计算各个局部阻力的大小，并将其加入到整体计算中。
另外，为了提高计算的准确性，还需考虑管道的流型、流动状态和流体性质的影响。
总之，管道阻力计算是管道工程设计中的重要环节，通过合理计算管道阻力，可以为管道系统的设计和运行提供科学依据。
局部阻力损失的计算1阻力系数法ξ
式中：
Z1 0
u1 u2 0
Z2 10m
p1 p2 0(表）
We 9.8110 h f 98.1 h f
（1）吸入管路上的能量损失
hf , a
式中
2 l a le , a ua c ) h f , a h f , a hf , a (a da 2
苯的质量流量为：
300 880 4.4kg / s Ws Vs 1000 60 泵的有效功率为：
N e WeWs 252.4 4.4 1110.6W 1.11kW
泵的轴功率为：
N N e / 1.11 / 0.7 1.59kW
随堂习题
1.流体流动时的阻力分为 和 。由于流体 内摩擦力而引起的是 。 2.流体阻力产生根源是 。 3.滞流流动时λ与Re的关系是 。 3.简述范宁公式的表达式及其中各个量的含义。 4.有一套管换热器，内管的外径为25mm，外管的内 径为46mm，冷冻盐水在套管的环隙中流动。盐水 的质量流量为3.73t/h，密度为1150kg/m3,黏度为 1.2×10-3 Pa· s，试判断盐水的流动类型。
d a 89 2 4 81mm 0.081m
la 15m
管件、阀门的当量长度为： 底阀(按旋转式止回阀全开时计） 标准弯头 6.3m 2.7m
le , a 6.3 2.7 9m
进口阻力系数 ξc=0.5
ua
300 1000 60
苯的密度为880kg/m3，粘度为6.5×10-4Pa· s
p2 A2 p2
4
d2
4
d
2
平行作用于流体表面上的摩擦力为 ：F
实验一流体阻力测定实验
实验一 流体阻力测定实验（1）流体阻力测定一. 实验目的1、 学习直管摩擦阻力以及局部阻力的测定方法2、 测定直管摩擦阻力系数λ和局部阻力系数ξ3、 掌握直管摩擦阻力系数λ与雷诺数Re 和管子的相对粗糙度之间的关系及其变化规律 二、实验内容:1、 测定直管摩擦阻力以及直管摩擦阻力系数λ2、 测定阀门的局部阻力以及局部阻力系数ξ 三、实验原理（1）λ─Re 的计算在被测直管段的两取压口之间列柏努利方程式,可得:△P f ＝△P ( 1 )△P f L u 2h f ＝───＝λ── ── ( 2 ) ρ d 22d △P f λ＝── ── ( 3 ) L ρ u 2du ρ Re ＝─── ( 4 ) μ 符号意义:d ─管径 (m) L ─管长 (m) u ─流体流速 (m ／s) △P f ─直管阻力引起的压降 (N ／m 2)ρ─流体密度 (Kg ／m 3) μ─流体粘度 (Pa.s) λ─摩擦阻力系数 Re ─雷诺准数测得一系列流量下的△P f 之后,根据实验数据和式(1),(3)计算出不同流速下的λ值。
用式(4)计算出Re 值,从而整理出λ─Re 之间的关系, 在双对数坐标纸上绘出λ─Re 曲线。
（2）.局部阻力的计算：H f 局=ΔP 局/ρ=（2ΔP 近-ΔP 远）/ρ=ξ×（u 2/2）22up⨯∆=ρξ 四、实验装置及流程:1.实验设备流程图:水泵8将储水槽9中的水抽出,送入实验系统,首先经玻璃转子流量计2测量流量,然后送入被测直管段5或6测量流体流动的光滑管或粗糙管的阻力,或经7测量局部阻力后回到储水槽, 水循环使用。
被测直管段流体流动阻力△p可根据其数值大小分别采用变送器18或空气—水倒置∪型管10来测量。
1.实验系统流程示意图见图一所示2.压力传感器与直流数字电压表连接方法见图二五、实验方法及步骤:1.向储水槽内注水,直到水满为止。
(有条件最好用蒸馏水,以保持流体清洁)2.直流数字表的使用方法请详细阅读使用说明书。