管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程

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?/4/20241一、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1/4/20242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(lái)求得在燃?xì)夤艿乐腥我粩嗝鎥和任一時(shí)間τ的氣流參數(shù)P、ρ和W。這一方程組為

1/4/20243式4-81/4/20244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：1/4/20245⑷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τ的關(guān)系P（x,τ）、ρ（x,τ）和W（x,τ）。1/4/20246二、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。

1/4/202471.穩(wěn)定流計(jì)算中可以忽略的問(wèn)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1/4/202482.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4-101/4/202493.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1/4/202410將式4-11改寫(xiě)由此得式4-12：1/4/202411由狀態(tài)方程可得式4-131/4/202412將和代入1/4/202413可得式4-141/4/202414對(duì)上式進(jìn)行積分：1/4/202415得：4.燃?xì)夤艿赖幕居?jì)算公式1/4/202416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；λ—燃?xì)夤艿赖乃ψ柘禂?shù)；Q0—燃?xì)夤艿赖挠?jì)算流量，Nm3/s；d—燃?xì)夤艿赖膬?nèi)徑，m；1/4/202417ρ0—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。1/4/202418用于計(jì)算低壓燃?xì)夤艿罆r(shí)式4-15可予以簡(jiǎn)化。

1/4/202419

對(duì)于低壓燃?xì)夤艿?，認(rèn)為Pm=P0,

代入4-15,可得

5.低壓燃?xì)夤艿阑居?jì)算公式：1/4/2024206.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，Z≈Z0=1,則中高壓管道的計(jì)算公式變?yōu)椋?/p>

1/4/202421P1—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;λ—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；ρ0—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；L—燃?xì)夤艿赖挠?jì)算長(zhǎng)度，km。1/4/2024227.低壓管道的基本計(jì)算公式4-181/4/202423符號(hào)意義ΔP—管道起點(diǎn)燃?xì)獾慕^對(duì)壓力，Pa；λ—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；ρ0—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；L—燃?xì)夤艿赖挠?jì)算長(zhǎng)度，m。1/4/202424三、燃?xì)夤艿赖乃δψ柘禂?shù)摩擦阻力系數(shù)λ是反映管內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)摩擦阻力的一個(gè)無(wú)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)

1/4/202425雷諾數(shù)1/4/202426管壁粗糙度由于制管及焊接及安裝過(guò)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(lái)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。1/4/202427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。1/4/202428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。1/4/2024291.層流區(qū)在層流區(qū)（Re≤2100）,摩阻系數(shù)λ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；ν—運(yùn)動(dòng)粘度，m/s2

1/4/2024302.臨界區(qū)當(dāng)2100<Re≤3500時(shí)，稱為臨界區(qū)。臨界區(qū)的摩阻系數(shù)，采用式（4-20）的扎依琴科公式計(jì)算

1/4/2024313.紊流區(qū)當(dāng)Re>3500時(shí)則為紊流區(qū)。紊流區(qū)包括水力光滑區(qū)、紊流過(guò)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。1/4/2024323.紊流區(qū)—⑴通用公式①柯列勃洛克公式式（4-21）1/4/2024333.紊流區(qū)—⑴通用公式②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；

Δ—管道內(nèi)壁粗糙度，mm。鋼管一般取Δ=0.1~0.2mm，塑料管一般取Δ=0.01mm。

1/4/2024343.紊流區(qū)—⑴通用公式

③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(xiě)成1/4/2024353.紊流區(qū)—⑴通用公式公式中d—管道內(nèi)徑，m。1/4/2024363.紊流區(qū)—⑵專用公式①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4-251/4/2024373.紊流區(qū)—⑵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

1/4/2024383.紊流區(qū)—⑵專用公式B.謝維列夫公式對(duì)于新鋼管采用式4-271/4/2024393.紊流區(qū)—⑵專用公式對(duì)于新鑄鐵管，當(dāng)時(shí)采用式4-281/4/2024403.紊流區(qū)—⑵專用公式②過(guò)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：1/4/2024413.紊流區(qū)—⑵專用公式對(duì)于新鑄鐵管，當(dāng)時(shí)采用式4-301/4/2024423.紊流區(qū)—⑵專用公式③尼古拉茲公式

當(dāng)時(shí)，采用4-311/4/2024433.紊流區(qū)—⑵專用公式B.謝維列夫公式對(duì)于新鋼管，當(dāng)時(shí)采用式4-321/4/2024443.紊流區(qū)—⑵專用公式對(duì)于新鑄鐵管，當(dāng)時(shí)采用4-33式1/4/2024453.紊流區(qū)—⑵專