5.1管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程課件

1、第五章 燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力計(jì)算第一節(jié) 管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程式第二節(jié) 燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式和圖表第三節(jié) 燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)計(jì)算流量 第四節(jié) 管網(wǎng)水力計(jì)算2009級(jí)油氣儲(chǔ)運(yùn) 城市燃?xì)馀渌?/23/20221一、不穩(wěn)定流動(dòng)方程式二、穩(wěn)定流動(dòng)方程式三、燃?xì)夤艿赖哪Σ磷枇ο禂?shù)第一節(jié) 管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程式7/23/20222方程組由運(yùn)動(dòng)方程（4-3）、連續(xù)性方程（4-6）和狀態(tài)方程（4-7）組成的方程組可用來求得在燃?xì)夤艿乐腥我粩嗝鎥和任一時(shí)間的氣流參數(shù)P、和W。這一方程組為 7/23/20223式4-87/23/20224簡(jiǎn)化后的方程組在進(jìn)行燃?xì)夥峙湎到y(tǒng)不穩(wěn)定流工況的計(jì)算時(shí)，可采用簡(jiǎn)化后的方程組：7/2

2、3/20225公式的應(yīng)用上述方程組在進(jìn)行線性化處理后，加上起始條件和邊界條件， 可采用有限元法，也可采用差分法，求得管道內(nèi)燃?xì)膺\(yùn)動(dòng)參數(shù)與坐標(biāo)x和時(shí)間的關(guān)系P（x, ）、（x, ）和W（x, ）。 7/23/20226二、穩(wěn)定流動(dòng)方程式 除單位時(shí)間內(nèi)輸量波動(dòng)大的超高壓天然氣長(zhǎng)輸管線，要用不穩(wěn)定流進(jìn)行計(jì)算外，在大多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)城市然燃?xì)夤艿罆r(shí)燃?xì)饬鲃?dòng)的不穩(wěn)定性可不予考慮。實(shí)際計(jì)算中的計(jì)算流量，是按計(jì)算月中最大小時(shí)計(jì)算流量進(jìn)行的，因此，可以按穩(wěn)定流進(jìn)行計(jì)算。 7/23/202271.穩(wěn)定流計(jì)算中可以忽略的問題穩(wěn)定流計(jì)算中，將某一時(shí)間段，管內(nèi)燃?xì)饬髁靠醋鞣€(wěn)定流，即參數(shù)不隨時(shí)間而變化，即7/23/20

3、2282.穩(wěn)定流基本方程組進(jìn)行簡(jiǎn)化后，可得穩(wěn)定流基本方程組4-107/23/202293.對(duì)方程進(jìn)行預(yù)處理由連續(xù)性方程得式4-11式中 M質(zhì)量流量； Q0標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量7/23/202210將式4-11改寫由此得式4-12：7/23/202211由狀態(tài)方程可得式4-137/23/202212將和代入7/23/202213可得式4-147/23/202214對(duì)上式進(jìn)行積分：7/23/202215得：4.燃?xì)夤艿赖幕居?jì)算公式7/23/202216符號(hào)的意義：P1管道起點(diǎn)燃?xì)獾慕^對(duì)壓力，Pa； P2管道終點(diǎn)燃?xì)獾慕^對(duì)壓力，Pa;P0標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，P0=101325Pa；燃?xì)夤艿赖乃ψ柘禂?shù)；

4、Q0燃?xì)夤艿赖挠?jì)算流量，Nm3/s；d燃?xì)夤艿赖膬?nèi)徑，m；7/23/2022170標(biāo)準(zhǔn)狀況下燃?xì)夤艿赖拿芏?，kg/Nm3；T燃?xì)獾慕^對(duì)溫度，K；T0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對(duì)溫度，T0=273.15K；Z燃?xì)獾膲嚎s因子；Z0標(biāo)準(zhǔn)狀況下燃?xì)獾膲嚎s因子；Z0=1L燃?xì)夤艿赖挠?jì)算長(zhǎng)度，m。 7/23/202218用于計(jì)算低壓燃?xì)夤艿罆r(shí)式4-15可予以簡(jiǎn)化。 7/23/202219 對(duì)于低壓燃?xì)夤艿溃J(rèn)為Pm=P0,代入4-15,可得 5.低壓燃?xì)夤艿阑居?jì)算公式：7/23/2022206.高、中壓管道的基本計(jì)算公式考慮城市燃?xì)夤艿赖膲毫σ话愣荚?.6MPa以下，ZZ0=1,則中高壓管道的計(jì)算公式變?yōu)椋?7/23/

5、202221P1管道起點(diǎn)燃?xì)獾慕^對(duì)壓力，kPa； P2管道終點(diǎn)燃?xì)獾慕^對(duì)壓力，kPa;燃?xì)夤艿赖乃ψ柘禂?shù)；Q0燃?xì)夤艿赖挠?jì)算流量，Nm3/h；d燃?xì)夤艿赖膬?nèi)徑，mm；0標(biāo)準(zhǔn)狀況下燃?xì)夤艿赖拿芏龋琸g/Nm3；T燃?xì)獾慕^對(duì)溫度，K；T0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對(duì)溫度，T0=273.15K；Z燃?xì)獾膲嚎s因子；L燃?xì)夤艿赖挠?jì)算長(zhǎng)度，km。7/23/2022227.低壓管道的基本計(jì)算公式4-187/23/202223符號(hào)意義P管道起點(diǎn)燃?xì)獾慕^對(duì)壓力，Pa；燃?xì)夤艿赖乃ψ柘禂?shù)；Q0燃?xì)夤艿赖挠?jì)算流量，Nm3/h；d燃?xì)夤艿赖膬?nèi)徑，m；0標(biāo)準(zhǔn)狀況下燃?xì)夤艿赖拿芏?，kg/Nm3；T燃?xì)獾慕^對(duì)溫度，K；T0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

6、絕對(duì)溫度，T0=273.15K；L燃?xì)夤艿赖挠?jì)算長(zhǎng)度，m。 7/23/202224三、燃?xì)夤艿赖乃δψ柘禂?shù)摩擦阻力系數(shù)是反映管內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)摩擦阻力的一個(gè)無因次系數(shù)；其數(shù)值與燃?xì)庠诠軆?nèi)的流動(dòng)狀況、燃?xì)庑再|(zhì)、管道材質(zhì)（管道內(nèi)壁粗糙度）及連接方法、安裝質(zhì)量有關(guān)。是雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度的函數(shù) 7/23/202225雷諾數(shù)7/23/202226管壁粗糙度由于制管及焊接及安裝過程中的種種原因，管內(nèi)壁難免是凹凸不平的一般用絕對(duì)當(dāng)量粗糙度和相對(duì)當(dāng)量粗糙度來描述管壁的粗糙度絕對(duì)當(dāng)量粗糙度是指管內(nèi)壁凸起高度的統(tǒng)計(jì)平均值。相對(duì)當(dāng)量粗糙度是絕對(duì)當(dāng)量粗糙度與管道的內(nèi)半徑之比。7/23/202227流態(tài)劃分與邊界雷諾數(shù)

7、流體在管路中的流態(tài)劃分為兩大類：層流和紊流。7/23/202228流態(tài)劃分與邊界雷諾數(shù)流體在管路中的流態(tài)劃分為兩大類：層流和紊流。7/23/2022291.層流區(qū)在層流區(qū)（Re2100）,摩阻系數(shù)值僅與雷諾數(shù)有關(guān)，可用式4-19計(jì)算： 式中 Re雷諾數(shù)，；d管道內(nèi)徑，m；w燃?xì)饬鲃?dòng)斷面的平均流速，m/s；運(yùn)動(dòng)粘度，m/s2 7/23/2022302.臨界區(qū)當(dāng)21003500時(shí)則為紊流區(qū)。紊流區(qū)包括水力光滑區(qū)、紊流過渡區(qū)（混合摩擦區(qū)）和阻力平方區(qū)。紊流區(qū)情況復(fù)雜，公式具有多種多樣，可分為通用公式和專用公式。7/23/2022323.紊流區(qū)通用公式柯列勃洛克公式式（4-21）7/23/202233

8、3.紊流區(qū)通用公式阿里特蘇里公式式4-22是柯列勃洛克公式的一種簡(jiǎn)化形式。式中 d管道內(nèi)徑，mm； 管道內(nèi)壁粗糙度，mm。鋼管一般取=0.10.2mm，塑料管一般取=0.01mm。 7/23/2022343.紊流區(qū)通用公式 謝維列夫公式 它是適用于新鑄鐵管紊流區(qū)的綜合公式 式中 m系數(shù)，當(dāng)鑄鐵管為正常規(guī)格的長(zhǎng)度時(shí)，m=0.284。 則上式可寫成 7/23/2022353.紊流區(qū)通用公式公式中 d管道內(nèi)徑，m。7/23/2022363.紊流區(qū)專用公式水力光滑區(qū)A.尼古拉茲公式當(dāng) 時(shí)，其摩阻系數(shù)為式4-257/23/2022373.紊流區(qū)專用公式當(dāng) 時(shí)，摩阻系數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)公式為式4-26 7/23/2022383.紊流區(qū)專用公式B.謝維列夫公式對(duì)于新鋼管采用式4-277/23/2022393.紊流區(qū)專用公式對(duì)于新鑄鐵管，當(dāng) 時(shí)采用式4-287/23/2022403.紊流區(qū)專用公式過渡區(qū)A.謝維列夫公式對(duì)于新鋼管，當(dāng) 時(shí)采用4-29式：7/23/2022413.紊流區(qū)專用公式對(duì)于新鑄鐵管，當(dāng) 時(shí)采用式4-307/23/2022423.紊流區(qū)專用公式尼古拉茲公式 當(dāng) 時(shí)，采用4-317/23/2022433.紊流區(qū)專用公式B.謝維列夫公式對(duì)于新鋼管，當(dāng) 時(shí)采用式4-327/23/2022443.紊流區(qū)專用公式對(duì)于新鑄鐵管，當(dāng) 時(shí)采用4-33式7/23/2022453.紊流區(qū)