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1、2019/8/30,1,第五章 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 第二节 燃气管道水力计算公式和图表 第三节 燃气分配管网计算流量 第四节 管网水力计算,2009级油气储运 城市燃气配送,2019/8/30,2,一、不稳定流动方程式 二、稳定流动方程式 三、燃气管道的摩擦阻力系数,第一节 管道内燃气流动的基本方程式,2019/8/30,3,方程组,由运动方程（4-3）、连续性方程（4-6）和状态方程（4-7）组成的方程组 可用来求得在燃气管道中任一断面x和任一时间的气流参数P、和W。 这一方程组为,2019/8/30,4,式4-8,2019/8/30,5,简化后的方程组,
2、在进行燃气分配系统不稳定流工况的计算时，可采用简化后的方程组：,2019/8/30,6,公式的应用,上述方程组在进行线性化处理后，加上起始条件和边界条件， 可采用有限元法，也可采用差分法，求得管道内燃气运动参数与坐标x和时间的关系P（x, ）、（x, ）和W（x, ）。,2019/8/30,7,二、稳定流动方程式,除单位时间内输量波动大的超高压天然气长输管线，要用不稳定流进行计算外，在大多数情况下，设计城市然燃气管道时燃气流动的不稳定性可不予考虑。 实际计算中的计算流量，是按计算月中最大小时计算流量进行的，因此，可以按稳定流进行计算。,2019/8/30,8,1.稳定流计算中可以忽略的问题,稳
3、定流计算中，将某一时间段，管内燃气流量看作稳定流，即参数不随时间而变化，即,2019/8/30,9,2.稳定流基本方程组,进行简化后，可得稳定流基本方程组4-10,2019/8/30,10,3.对方程进行预处理,由连续性方程得式4-11 式中 M质量流量； Q0标准状况下的体积流量,2019/8/30,11,将式4-11改写,由此得式4-12：,2019/8/30,12,由状态方程可得式4-13,2019/8/30,13,将 和,代入,2019/8/30,14,可得式4-14,2019/8/30,15,对上式进行积分：,2019/8/30,16,得：4.燃气管道的基本计算公式,2019/8/3
4、0,17,符号的意义：,P1管道起点燃气的绝对压力，Pa； P2管道终点燃气的绝对压力，Pa; P0标准大气压，P0=101325Pa； 燃气管道的水利摩阻系数； Q0燃气管道的计算流量，Nm3/s； d燃气管道的内径，m；,2019/8/30,18,0标准状况下燃气管道的密度，kg/Nm3； T燃气的绝对温度，K； T0标准状态绝对温度，T0=273.15K； Z燃气的压缩因子； Z0标准状况下燃气的压缩因子；Z0=1 L燃气管道的计算长度，m。,2019/8/30,19,用于计算低压燃气管道时式4-15可予以简化。,2019/8/30,20,对于低压燃气管道，认为Pm=P0, 代入4-15
5、,可得,5.低压燃气管道基本计算公式：,2019/8/30,21,6.高、中压管道的基本计算公式,考虑城市燃气管道的压力一般都在1.6MPa以下，ZZ0=1,则 中高压管道的计算公式变为：,2019/8/30,22,P1管道起点燃气的绝对压力，kPa； P2管道终点燃气的绝对压力，kPa; 燃气管道的水利摩阻系数； Q0燃气管道的计算流量，Nm3/h； d燃气管道的内径，mm； 0标准状况下燃气管道的密度，kg/Nm3； T燃气的绝对温度，K； T0标准状态绝对温度，T0=273.15K； Z燃气的压缩因子； L燃气管道的计算长度，km。,2019/8/30,23,7.低压管道的基本计算公式4
6、-18,2019/8/30,24,符号意义,P管道起点燃气的绝对压力，Pa； 燃气管道的水利摩阻系数； Q0燃气管道的计算流量，Nm3/h； d燃气管道的内径，m； 0标准状况下燃气管道的密度，kg/Nm3； T燃气的绝对温度，K； T0标准状态绝对温度，T0=273.15K； L燃气管道的计算长度，m。,2019/8/30,25,三、燃气管道的水力摩阻系数,摩擦阻力系数是反映管内燃气流动摩擦阻力的一个无因次系数； 其数值与燃气在管内的流动状况、燃气性质、管道材质（管道内壁粗糙度）及连接方法、安装质量有关。 是雷诺数Re和相对粗糙度的函数,2019/8/30,26,雷诺数,2019/8/30,
7、27,管壁粗糙度,由于制管及焊接及安装过程中的种种原因，管内壁难免是凹凸不平的 一般用绝对当量粗糙度和相对当量粗糙度来描述管壁的粗糙度 绝对当量粗糙度是指管内壁凸起高度的统计平均值。 相对当量粗糙度是绝对当量粗糙度与管道的内半径之比。,2019/8/30,28,流态划分与边界雷诺数,流体在管路中的流态划分为两大类：层流和紊流。,2019/8/30,29,流态划分与边界雷诺数,流体在管路中的流态划分为两大类：层流和紊流。,2019/8/30,30,1.层流区,在层流区（Re2100）,摩阻系数值仅与雷诺数有关，可用式4-19计算：,式中 Re雷诺数，； d管道内径，m； w燃气流动断面的平均流速
8、，m/s； 运动粘度，m/s2,2019/8/30,31,2.临界区,当2100Re3500时，称为临界区。临界区的摩阻系数，采用式（4-20）的扎依琴科公式计算,2019/8/30,32,3.紊流区,当Re3500时则为紊流区。 紊流区包括水力光滑区、紊流过渡区（混合摩擦区）和阻力平方区。 紊流区情况复杂，公式具有多种多样，可分为通用公式和专用公式。,2019/8/30,33,3.紊流区通用公式,柯列勃洛克公式式（4-21）,2019/8/30,34,3.紊流区通用公式,阿里特苏里公式式4-22 是柯列勃洛克公式的一种简化形式。 式中 d管道内径，mm； 管道内壁粗糙度，mm。钢管一般取=0
9、.10.2mm，塑料管一般取=0.01mm。,2019/8/30,35,3.紊流区通用公式,谢维列夫公式 它是适用于新铸铁管紊流区的综合公式,式中 m系数，当铸铁管为正常规格的长度时，m=0.284。 则上式可写成,2019/8/30,36,3.紊流区通用公式,公式中 d管道内径，m。,2019/8/30,37,3.紊流区专用公式,水力光滑区 A.尼古拉兹公式 当 时，其摩阻系数为 式4-25,2019/8/30,38,3.紊流区专用公式,当 时， 摩阻系数的半经验公式为式4-26,2019/8/30,39,3.紊流区专用公式,B.谢维列夫公式 对于新钢管采用式4-27,2019/8/30,4
10、0,3.紊流区专用公式,对于新铸铁管，当 时采用式4-28,2019/8/30,41,3.紊流区专用公式,过渡区 A.谢维列夫公式 对于新钢管，当 时采用4-29式：,2019/8/30,42,3.紊流区专用公式,对于新铸铁管，当 时采用式4-30,2019/8/30,43,3.紊流区专用公式,尼古拉兹公式 当 时，采用4-31,2019/8/30,44,3.紊流区专用公式,B.谢维列夫公式 对于新钢管，当 时采用式4-32,2019/8/30,45,3.紊流区专用公式,对于新铸铁管，当 时采用4-33式,2019/8/30,46,3.紊流区专用公式,上述式4-254-33中， d管道内径，m； W管道断面平均流速，m/s； 运动粘度，m/s2； 管道内壁的当量绝对粗糙度，m； Re雷诺数； K1考虑实验室和实际安装管道条件不同的修正系数，K1=1.15； K2考虑由于焊接接头而使阻力增加的系数，K2=1.18.,