6-燃?xì)夤芫W(wǎng)水力計(jì)算

第六章城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力計(jì)算

燃?xì)夤芫W(wǎng)水力計(jì)算的任務(wù)：

1．根據(jù)燃?xì)獾挠?jì)算流量和允許的壓力損失計(jì)算管道直徑，以確定管道投資和金屬消耗。

2．對(duì)已有管道進(jìn)行流量和壓力損失的驗(yàn)算，以充分發(fā)揮管道的輸氣能力，或決定是否需要對(duì)原有管道進(jìn)行改造。因此，正確地進(jìn)行水力計(jì)算，是關(guān)系到輸配系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和可靠性的問(wèn)題，是城市燃?xì)庖?guī)劃與設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)。管內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)基本方程式城市燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式和計(jì)算圖表燃?xì)夥峙涔艿烙?jì)算流量的確定枝狀管網(wǎng)的水力計(jì)算環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算室內(nèi)燃?xì)夤艿赖乃τ?jì)算庭院燃?xì)夤艿赖乃τ?jì)算第六章城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力計(jì)算

第一節(jié)管內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)基本方程式

不穩(wěn)定流動(dòng)方程式穩(wěn)定流動(dòng)方程式燃?xì)夤艿赖哪Σ磷枇ο禂?shù)一、不穩(wěn)定流動(dòng)方程式不穩(wěn)定流動(dòng)：運(yùn)動(dòng)參數(shù)均沿管長(zhǎng)隨時(shí)間變化，它們是距離和時(shí)間的函數(shù)。

燃?xì)獠环€(wěn)定流動(dòng)的原因：氣源工作的不穩(wěn)定壓氣設(shè)備工作的不穩(wěn)定燃?xì)庥脩粲脷饬侩S時(shí)間變化的不穩(wěn)定決定燃?xì)饬鲃?dòng)狀態(tài)的參數(shù)：壓力P密度ρ流速溫度四者是隨時(shí)間τ、離起點(diǎn)的距離x而變的函數(shù)在多數(shù)情況下，管道內(nèi)燃?xì)獾牧鲃?dòng)可認(rèn)為是等溫的，其溫度等于埋管周圍土壤的溫度。因此，決定燃?xì)饬鲃?dòng)狀態(tài)的參數(shù)為：解決問(wèn)題的思路：為了求得P、ρ及W必須借助于三個(gè)方程：運(yùn)動(dòng)方程連續(xù)性方程狀態(tài)方程兩點(diǎn)說(shuō)明：管道內(nèi)燃?xì)獾牧鲃?dòng)為一維流動(dòng)；管道內(nèi)燃?xì)獾牧鲃?dòng)為等溫流動(dòng)。（一）、運(yùn)動(dòng)方程

物體動(dòng)量的改變等于作用于該流體上所有力的沖量之和—微小體積燃?xì)鈩?dòng)量的向量—作用力沖量的向量1、動(dòng)量的變化動(dòng)量隨時(shí)間的變化：指氣體微元Fdx，由于在dτ時(shí)間內(nèi)過(guò)程的不穩(wěn)定所發(fā)生的改變量，可表示為：這一項(xiàng)表示dτ時(shí)間內(nèi)過(guò)程的不穩(wěn)定性造成的動(dòng)量的改變量。動(dòng)量隨位置的變化：

1、動(dòng)量的變化由于流體的流動(dòng)和位移，因斷面上參數(shù)值的變化而引起的動(dòng)量的改變量?？偟膭?dòng)量改變量燃?xì)馕⒃狥dx的總的動(dòng)量改變量為動(dòng)量隨時(shí)間的改變量與動(dòng)量隨位置的改變量的和。慣性項(xiàng)，反映了流動(dòng)的不穩(wěn)定性，具有定點(diǎn)的動(dòng)量變化的特征。對(duì)流項(xiàng)，反映因位置變化而引起參數(shù)變化所造成的動(dòng)量的改變量。為了使氣流加速而消耗的功。

2、燃?xì)馕⒃氖芰Ψ治鋈細(xì)馕⒃獎(jiǎng)恿康母淖兞渴怯捎谑芰Φ挠绊?，分析燃?xì)馕⒃氖芰?duì)于建立運(yùn)動(dòng)方程十分重要管道中燃?xì)馕⒃谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力包括：壓力重力摩擦力壓力的沖量沿氣流方向作用于x斷面上的壓力為PF在斷面(x+dx)上，壓力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，大小為：壓力作用在燃?xì)馕⒃狥dx上的沖量為重力的沖量重力在管道坐標(biāo)軸上分力的沖量可表示為：摩擦力的沖量dT—摩擦力；τ0—沿周邊的平均切應(yīng)力；d—管道內(nèi)徑。摩擦力的計(jì)算，可由水力學(xué)計(jì)算公式得到：摩擦力的沖量為：

作用于燃?xì)馕⒃系目倹_量：把各項(xiàng)帶入動(dòng)量方程，并消去Fdxdτ得運(yùn)動(dòng)方程：（二）連續(xù)性方程由質(zhì)量守恒定律導(dǎo)出，即對(duì)于相同的燃?xì)馕⑿◇w積Fdx，在dτ時(shí)間內(nèi)通過(guò)斷面x流入的質(zhì)量與通過(guò)斷面（x+dx)流出的質(zhì)量之差應(yīng)該等于微元體質(zhì)量的增量。dτ時(shí)間內(nèi)質(zhì)量增量：dτ時(shí)間內(nèi)通過(guò)斷面x流入的質(zhì)量dτ時(shí)間內(nèi)從斷面（x+dx)上流出的質(zhì)量

連續(xù)性方程：(三)氣體狀態(tài)方程對(duì)于高壓燃?xì)鈶?yīng)考慮其壓縮性(四)方程組

該方程組可用來(lái)求得燃?xì)夤艿乐腥我唤孛鎥和任一時(shí)間的氣流參數(shù)壓力、密度和流速。這是一組非線性的偏微分方程組，一般情況下沒(méi)有解析解。但工程上?？珊雎阅承?duì)計(jì)算結(jié)果影響不大的項(xiàng)，并用線性化的方法簡(jiǎn)化后求得近似解。（五）方程組的簡(jiǎn)化分析主要對(duì)運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行簡(jiǎn)化：1、慣性項(xiàng)只有在燃?xì)饬髁侩S時(shí)間的變化極為劇烈時(shí)才有意義，故正常情況下可忽略；2、對(duì)流項(xiàng)只有在燃?xì)馑俣冉咏曀贂r(shí)才有影響，而通常燃?xì)夤艿乐?，氣體的流速只有20～40m/s，可以忽略；3、城市燃?xì)夤芫W(wǎng)中地勢(shì)變化不太大時(shí)，低壓管道的計(jì)算中可以忽略重力項(xiàng)的影響；二、穩(wěn)定流動(dòng)方程式規(guī)范規(guī)定,城市燃?xì)夤艿赖膲毫Σ怀^(guò)40公斤，設(shè)計(jì)燃?xì)夤艿罆r(shí)燃?xì)饬鲃?dòng)的不穩(wěn)定性可不予考慮，當(dāng)作穩(wěn)定流動(dòng)來(lái)處理。即：方程組變?yōu)椋阂胭|(zhì)量流量的概念：

P1、P2-管道始末端的燃?xì)饨^對(duì)壓力，Pa；Q0燃?xì)夤艿烙?jì)算流量，Nm3/s；d管道內(nèi)徑，m；ρ0------燃?xì)獾拿芏?，kg/Nm3；P0標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，P1=101325Pa；T燃?xì)饨^對(duì)溫度，K；T0燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對(duì)溫度，T0=273K；Z壓縮系數(shù)，K；Z0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮系數(shù)；L管道長(zhǎng)度，m；

穩(wěn)定流動(dòng)燃?xì)夤艿赖乃剑杭僭O(shè)條件：穩(wěn)定流；等溫過(guò)程；適用于高壓與低壓燃?xì)夤艿阑竟?。?duì)于低壓燃?xì)夤艿?，可以做進(jìn)一步的簡(jiǎn)化：

Pm=(P1+P2)/2≈P0；

所以低壓管道的基本計(jì)算公式表達(dá)為下列形式：若采用習(xí)慣的常用單位，并考慮城市燃?xì)夤艿赖膲毫σ话阍?.0Mpa以下，故可以取Z=Z0=1，則高、中壓及低壓燃?xì)夤艿赖挠?jì)算公式，又可分別表示為：高、中壓燃?xì)夤艿溃?/p>

低壓燃?xì)夤艿溃?/p>

式中：P1、P2------管道始末端的燃?xì)饨^對(duì)壓力，KPa；

λ------燃?xì)夤艿姥爻套枇ο禂?shù)；

Q0------燃?xì)夤艿烙?jì)算流量，Nm3/h；

d------管道內(nèi)徑，mm；

ρ0------燃?xì)獾拿芏龋琸g/Nm3；

T------設(shè)計(jì)中所采用的燃?xì)饨^對(duì)溫度，K；

T0------燃?xì)鈽?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對(duì)溫度，T0=273K；

L------燃?xì)夤艿赖挠?jì)算長(zhǎng)度，km；

三、燃?xì)夤艿赖哪Σ磷枇ο禂?shù)簡(jiǎn)稱摩阻系數(shù)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)獾牧鲃?dòng)狀況、管道材質(zhì)、管道的連接方法及安裝質(zhì)量、燃?xì)獾男再|(zhì)等因素有關(guān)是雷諾數(shù)和相對(duì)粗糙度的函數(shù)

紊流區(qū)包括水力光滑區(qū)、過(guò)渡區(qū)和阻力平方區(qū)。該區(qū)的流動(dòng)狀態(tài)比較復(fù)雜，摩阻系數(shù)的計(jì)算公式很多，下面僅介紹城市燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范推薦的適用于紊流三個(gè)區(qū)的綜合公式。層流區(qū)(Re≤2100)

臨界區(qū)(Re=2100~3500)紊流三個(gè)區(qū)(Re>3500)

鋼管、塑料管鑄鐵管

管道內(nèi)表面當(dāng)量絕對(duì)粗糙度，對(duì)于鋼管取0.2mm，塑料管取0.01mm；ν—0攝氏度、1.01325×105Pa時(shí)的燃?xì)膺\(yùn)動(dòng)粘度，m2/s。

第二節(jié)城市燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式和計(jì)算圖表低壓燃?xì)夤艿雷枇p失計(jì)算公式高中壓燃?xì)夤艿雷枇p失計(jì)算公式燃?xì)夤艿雷枇p失計(jì)算圖表計(jì)算示例附加壓頭局部阻力一、低壓燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式層流區(qū)(Re<2100)：臨界區(qū)(Re=2100~3500)紊流區(qū)(Re>3500)

鋼管、塑料管：

鑄鐵管：

二、高中壓燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式鋼管、塑料管：鑄鐵管：

三、燃?xì)夤艿浪τ?jì)算圖表壓力不同、管材不同，水力計(jì)算公式也不同，所以也就對(duì)應(yīng)著不同的水力計(jì)算圖表。另外，燃?xì)夥N類不同時(shí)，由于不同種類燃?xì)獾拿芏?、粘度等有很大的不同，所以?jì)算圖表也不同。決定水力計(jì)算圖表的因素主要有三個(gè)，不同的燃?xì)夥N類、管道的壓力級(jí)別、不同的管道材質(zhì)。三者的不同組合得到不同的水力計(jì)算圖表。

圖：燃?xì)?76－4、5計(jì)算圖表的繪制條件：1、燃?xì)饷芏劝从?jì)算，使用時(shí)不同的燃?xì)饷芏纫M(jìn)行修正。低壓管道：高中壓管道：2、運(yùn)動(dòng)粘度：人工燃?xì)猓禾烊粴猓?、取鋼管的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度：例題1：已知：人工燃?xì)獾拿芏?，運(yùn)動(dòng)粘度：15℃時(shí)燃?xì)饬鹘?jīng)l=100m長(zhǎng)的低壓燃?xì)怃摴?，?dāng)流量Q0＝10Nm3/h時(shí)，管段壓力降為4Pa，求該管道管徑。圖表法：解：公式法：假設(shè)為層流：將和代入：得：d=78.16mm,取標(biāo)準(zhǔn)管徑80mm。據(jù)d計(jì)算Re=1768<2100,層流區(qū)。假設(shè)正確，計(jì)算有效。據(jù)流量和壓降查表得：d=80mm已知人工燃?xì)饷芏?.7kg/Nm3，運(yùn)動(dòng)粘度25×10-6m2/s，有φ219×7中壓燃?xì)怃摴?，長(zhǎng)200m，起點(diǎn)壓力150KPa，輸送燃?xì)饬髁?000Nm3/h，求0℃時(shí)該管段末端壓力。公式法圖表法例題2：由于空氣與燃?xì)饷芏炔煌?，?dāng)管道始、末端存在標(biāo)高差時(shí)，在燃?xì)夤艿乐袑a(chǎn)生附加壓頭。對(duì)始末端高程差值變化甚大的個(gè)別管段，包括低壓分配管道及建筑物的室內(nèi)的低壓燃?xì)夤艿?，必須將附加壓頭計(jì)算在內(nèi)。四、附加壓頭

計(jì)算公式：—空氣密度，1.293kg/Nm3，—燃?xì)饷芏龋琸g/Nm3—管段終端與始端的標(biāo)高差值，m管道內(nèi)流動(dòng)氣體上升時(shí)將產(chǎn)生一種升力，下降時(shí)將增加阻力。管道內(nèi)流動(dòng)氣體下降時(shí)將產(chǎn)生一種升力，上升時(shí)將增加阻力。某多層住宅，燃?xì)馐覂?nèi)立管終端標(biāo)高17m，引入管始端標(biāo)高－0.6m，密度0.71kg/Nm3，計(jì)算附加壓頭；又已知引入管起點(diǎn)壓力P1=1000Pa，80Pa，求P2。P1P2－0.6m17m五、局部阻力損失計(jì)算

城市燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)計(jì)算時(shí)，管網(wǎng)的局部損失一般以沿程損失的5~10%估計(jì).對(duì)于室內(nèi)燃?xì)夤艿篮蛷S、站區(qū)域的燃?xì)夤艿?，由于管路附件較多，局部損失所占的比例較大應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算方法有兩種，一種是用公式計(jì)算，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)查取局部阻力系數(shù)，代入公式進(jìn)行計(jì)算；另一種用當(dāng)量長(zhǎng)度法。

當(dāng)燃?xì)饬鹘?jīng)三通管、彎管、變徑異型管、閥門等管路附件時(shí)，由于幾何邊界的急劇改變，燃?xì)庠诠艿纼?nèi)氣流方向和氣流斷面改變，燃?xì)膺\(yùn)動(dòng)受到擾亂，必然產(chǎn)生額外的壓力損失。

式中：△P----局部壓力降，Pa；

----計(jì)算管段中局部阻力系數(shù)的總和；

----燃?xì)庠诠艿乐械牧魉?，m/s；

----燃?xì)饷芏龋琸g/Nm3；

T----燃?xì)饨^對(duì)溫度，K，T0=273K。1、公式法：當(dāng)量長(zhǎng)度不但與局部阻力系數(shù)有關(guān)，還與管徑、沿程阻力系數(shù)有關(guān)

2、當(dāng)量長(zhǎng)度法因此，管件的局部壓力降等于其當(dāng)量長(zhǎng)度為L(zhǎng)2的直線管段的沿程壓力降，在計(jì)算管道及管道附件的總壓力降時(shí)，管道計(jì)算長(zhǎng)度L應(yīng)為

L=L1+L2式中：L1------管道實(shí)際長(zhǎng)度，m；

L2------管道上附件的當(dāng)量長(zhǎng)度，m。實(shí)際管道計(jì)算長(zhǎng)度L乘以該管段單位長(zhǎng)度摩擦阻力損失，就可得到該管段的壓力損失。第三節(jié)燃?xì)夥峙涔艿烙?jì)算流量

燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)供氣方式燃?xì)夥峙涔艿烙?jì)算流量的確定燃?xì)夥峙涔艿劳拘沽髁康拇_定轉(zhuǎn)輸流量與途泄流量Q1：途泄流量，對(duì)于城市燃?xì)夥峙涔艿?，單位時(shí)間內(nèi)分配給周圍用戶的流量；Nm3/hQ2：轉(zhuǎn)輸流量，對(duì)于城市燃?xì)夥峙涔艿溃瑔挝粫r(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)輸給后續(xù)管道的流量；Nm3/h(一)燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)供氣方式

只有轉(zhuǎn)輸流量的管段

只有途泄流量的管段

有途泄流量和轉(zhuǎn)輸流量的管段

燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)的各管段根據(jù)連接用戶的情況，可分為三種：

燃?xì)夥峙涔芏蔚呢?fù)荷變化示意圖對(duì)于管段AB，途泄流量為Q1，轉(zhuǎn)輸流量為Q2管道起點(diǎn)A處，流量為轉(zhuǎn)輸流量與途泄流量之和；管道終點(diǎn)B處，流量?jī)H為Q2。而管段內(nèi)各段面處的流量是不斷變化的，數(shù)值處于二者之間。若假定沿管線長(zhǎng)度向用戶均勻地配氣，則沿線流量變化呈直線關(guān)系。(二)燃?xì)夥峙涔艿烙?jì)算流量的確定

確定變負(fù)荷管段的計(jì)算流量原則--以計(jì)算流量求得的管段壓力降應(yīng)與變負(fù)荷管段的實(shí)際壓力降相等。式中：Q------計(jì)算流量，Nm3/h；

Q1-----途泄流量，Nm3/h；

Q2-----轉(zhuǎn)輸流量，Nm3/h；

α-----流量折算系數(shù)，它與途泄流量與轉(zhuǎn)輸流量之比、沿途支管數(shù)有關(guān)。計(jì)算流量先用轉(zhuǎn)輸流量與途泄流量的組合來(lái)表示1、實(shí)際壓力降的求解采用微元的方法求解管段的實(shí)際壓力降簡(jiǎn)化：管段上有n條分支管，各分支管間距均相等，并且每條分支管的途泄流量q也相等，n條分支管就管段AB均勻地分成了n+1條小管段。

壓降計(jì)算公式：

流進(jìn)管段的總流量：

QN=Q2+Q1每一條分支管段的流量：在AB上取第y個(gè)小管段，該管段上的流量用Qy表示，則令：x是途泄流量Q1與總流量QN的比值，0≤x≤1則：所以：整個(gè)管段的壓力降為：將括號(hào)內(nèi)各項(xiàng)以麥克勞林級(jí)數(shù)展開(kāi)，取其前三項(xiàng)，并將（n+1）式相加，得：整理得：壓降計(jì)算公式：在總流量QN一定時(shí)，整個(gè)管段的壓降為支管數(shù)n與途泄流量的函數(shù)關(guān)系式。2、以計(jì)算流量求壓力降

把帶入壓降計(jì)算公式：由得：水力計(jì)算公式中冪指數(shù)為1.75時(shí)所得α值對(duì)于燃?xì)夥峙涔艿?，分支管?shù)一般不少于5～10個(gè)，x值在0.3～1.0之間。此時(shí)系數(shù)α在0.5～0.6之間，水力計(jì)算公式中冪指數(shù)等于1.75～2.0時(shí)，α值的變化并不大；實(shí)際計(jì)算中均可采用平均值α=0.55。故燃?xì)夥峙涔艿赖挠?jì)算流量公式為：

1.途泄流量的范圍：途泄流量只包括大量的居民用戶和小型公共建筑用戶。用氣負(fù)荷較大的公共建筑用戶、工業(yè)用戶應(yīng)作為集中負(fù)荷來(lái)計(jì)算。

2.兩點(diǎn)假設(shè)：⑴供氣區(qū)域內(nèi)居民用戶和小型公共建筑用戶是均勻分布的；⑵途泄流量只取決于居民的人口密度。(三)燃?xì)夥峙涔艿劳拘沽髁康拇_定

3.計(jì)算步驟對(duì)如圖所示的小區(qū)，計(jì)算步驟如下：管段途泄流量的計(jì)算過(guò)程

（a）在供氣范圍內(nèi)，按不同的居民人口密度或道路和建筑物的布局劃分街區(qū)A、B～F。（b）分別計(jì)算各個(gè)街區(qū)居民用氣量及小型公共建筑年用氣量、小時(shí)計(jì)算流量，并按照用氣量的分布情況布置配氣管道1-2、2-3……（c）根據(jù)每個(gè)街區(qū)的燃?xì)庥?jì)算流量和燃?xì)夤艿赖拈L(zhǎng)度，計(jì)算管道單位長(zhǎng)度向該街區(qū)供應(yīng)的途泄流量。

1111（d）求管段的途泄流量①管段的途泄流量等于單位長(zhǎng)度途泄流量乘以該管段的長(zhǎng)度。②若管段是兩個(gè)小區(qū)的公共管道，需同時(shí)向兩側(cè)供氣時(shí)，其途泄流量應(yīng)為兩側(cè)的單位長(zhǎng)度途泄流量之和乘以管長(zhǎng)。(四)轉(zhuǎn)輸流量的確定a、確定各管段途泄流量；b、從管網(wǎng)末段向上反推。例1枝狀管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸流量的計(jì)算枝狀管網(wǎng)如下圖所示，已知各管段途泄流量，試確定各管段轉(zhuǎn)輸流量及計(jì)算流量。12345例題2環(huán)狀管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸流量的計(jì)算已知途泄流量，求轉(zhuǎn)輸流量計(jì)算流量234516080130110100

第四節(jié)枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算特點(diǎn)枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算步驟枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算舉例一、枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算特點(diǎn)管段數(shù)等于節(jié)點(diǎn)數(shù)減1氣源至各節(jié)點(diǎn)一個(gè)固定流向送至某一管線的燃?xì)庵荒苡梢粭l管線供氣，流量分配方案唯一任一管段流量等于該管段以后所有節(jié)點(diǎn)流量之和（順氣流方向），管段流量唯一改變某一管段管徑，不影響管段流量分配，只導(dǎo)致管道終點(diǎn)壓力的改變各管段未知數(shù)：直徑與壓力降兩個(gè)。二、枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算步驟對(duì)管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)和管道編號(hào)。根據(jù)管線圖和用氣情況，確定管網(wǎng)各管段的計(jì)算流量。選定枝狀管網(wǎng)的干管，根據(jù)給定的允許壓力降確定管線單位長(zhǎng)度上的允許壓力降。根據(jù)管段的計(jì)算流量及單位長(zhǎng)度允許壓力降預(yù)選管徑。根據(jù)所選定的標(biāo)準(zhǔn)管徑，反算管段實(shí)際沿程壓力降和局部壓力降，并計(jì)算總的壓力降。檢查計(jì)算結(jié)果。若總的壓力降未超過(guò)允許值，并趨近允許值，則認(rèn)為計(jì)算合格，否則應(yīng)適當(dāng)變動(dòng)管徑，直到總壓力降小于并盡量趨近允許值為止。三、枝狀管網(wǎng)計(jì)算舉例1

123846751-10006-4004-4007-7002-7005-6003-800管段號(hào)—管長(zhǎng)m

節(jié)點(diǎn)流量Nm3/h

2000300020002000如圖所示中壓管道，1為源點(diǎn)，4、6、7、8為用氣點(diǎn)（中-低壓調(diào)壓器），已知?dú)庠袋c(diǎn)的供氣壓力可達(dá)200kPa，保證調(diào)壓器正常運(yùn)行的調(diào)壓器進(jìn)口壓力為120kPa。燃?xì)饷芏葹?kg/Nm3，運(yùn)動(dòng)粘度為25×10-6m2/s。各管段長(zhǎng)度及調(diào)壓器的流量如圖所示，若使用鋼管，求各管段的管徑。

123846751-10006-4004-4007-7002-7005-6003-8002000200030002000123846751-10006-4004-4007-7002-7005-6003-8002000200030002000確定氣流方向，并根據(jù)圖示各調(diào)壓器的輸氣量（中壓管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)流量），計(jì)算各管段的計(jì)算流量：

3-8003000200050002000200040009000123846751-10006-4004-4007-7002-7005-6003-80020002000300020003-8003000200050002000200040009000選管道1-2-3-4為本枝狀管網(wǎng)的干管，總長(zhǎng)度=2500m，先行計(jì)算。

根據(jù)氣源點(diǎn)的供氣壓力及調(diào)壓器進(jìn)口的最小需求壓力確定干管的允許壓力平方差：2002-1202=25600(kPa)2

則干管的單位長(zhǎng)度允許壓力平方差（含5%的局部阻力）為：25600/(2500×1.05)=9.75(kPa)2/m

123846751-1000-3256-4004-4007-7002-700-2735-60020002000300020003-800-2193000200050002000200040009000123846751-1000-3256-4004-4007-7002-700-2735-60020002000300020003-800-2193000200050002000200040009000由各管段的管徑及其管段流量得到各管段單位長(zhǎng)度壓力平方差(kPa)2/m，（含局部損失5%）。75.46.3計(jì)算干管單位長(zhǎng)度壓力平方差123846751-1000-3256-4004-4007-7002-700-2735-60020002000300020003-800-2193000-529220005000-39692000200040009000-73505.46.3管段1：1.05×7×1000=7350(kPa)2管段2：1.05×5.4×700=3969(kPa)2計(jì)算干管總壓力降7管段3：1.05×6.3×800=5292(kPa)2干管總壓力降：=7350+3969+5292=16611(kPa)2檢查計(jì)算結(jié)果123846751-1000-3256-4004-4007-7002-700-2735-60020002000300020003-800-2193000-529220005000-39692000200040009000-7350若總的壓力降未超過(guò)允許值，并趨近允許值，則認(rèn)為計(jì)算合格，否則應(yīng)適當(dāng)變動(dòng)管徑，直到總壓力降小于并盡量趨近允許值為止。計(jì)算干管上各節(jié)點(diǎn)壓力：P3=(1202+5292)0.5=140.3kPaP2=(140.32+3969)0.5=153.8kPaP1=(153.82+7350)0.5=176.1kPa176.1153.8140.3120P1=176.1kPa<200kPa計(jì)算合格枝管計(jì)算123846751-1000-3256-4004-4007-7002-700-2735-60020002000300020003-800-2193000-529220005000-39692000200040009000-7350176.1153.8140.3120管段7由其起點(diǎn)壓力得單位長(zhǎng)度允許壓力平方差為：(140.32-1202)/(700×1.05)=7.19(kPa)2/m初選管徑219mm，相應(yīng)單位長(zhǎng)度壓力平方差為3.1(kPa)2/m得到管段7的壓力平方差為1.05×3.1×700=2279(kPa)2節(jié)點(diǎn)8的壓力為(140.32-2279)0.5=131.9kPa>120，滿足要求計(jì)算支管4、5、6依此類推。某低壓配氣管網(wǎng)，輸送天然氣，物性已知，輸送溫度、壓力已知，鋼管，管內(nèi)壁當(dāng)量粗糙度已知，各管段長(zhǎng)度已知。已知1-6干線及支線單位長(zhǎng)度途泄流量，節(jié)點(diǎn)5有集中負(fù)荷。四、枝狀管網(wǎng)計(jì)算舉例2

計(jì)算各管段途泄流量計(jì)算各管段計(jì)算流量干管允許壓力降已知，d及各節(jié)點(diǎn)壓力……第五節(jié)環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算環(huán)狀管網(wǎng)的特點(diǎn)環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算方法環(huán)狀管網(wǎng)的水力平差計(jì)算環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算舉例

（一）環(huán)狀管網(wǎng)的特點(diǎn)某一管段同時(shí)可由1條或幾條管道供氣，并有許多不同的分配方案若改變環(huán)網(wǎng)某一管段的管徑，就會(huì)引起管網(wǎng)流量的重新分配并改變各節(jié)點(diǎn)的壓力值，而枝狀管網(wǎng)的某一管段直徑變動(dòng)時(shí)，只導(dǎo)致該管段壓力降數(shù)值的變化，而不會(huì)影響流量分配。枝狀管網(wǎng)水力計(jì)算只有直徑和壓力降兩個(gè)變量，而環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算則有直徑、壓力降和計(jì)算流量三個(gè)未知量。（二）環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算方法每條管段：3個(gè)未知量管段數(shù)：P未知數(shù)個(gè)數(shù)：3P需要列出方程數(shù)：3P1、提出問(wèn)題2.環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算方程式⑴管段的壓力降方程：（j=1,2……P）式中α與β值與燃?xì)饬鲃?dòng)狀態(tài)及管道粗糙度有關(guān)，而Kj則與燃?xì)庑再|(zhì)有關(guān)。一共有P個(gè)方程式；⑵每一節(jié)點(diǎn)處流量的代數(shù)和為零

ΣQi=0(i=1,2,…m-1)管網(wǎng)系統(tǒng)共有m個(gè)節(jié)點(diǎn)，但其中有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量可由其它節(jié)點(diǎn)的流量來(lái)表示，只有m-1個(gè)獨(dú)立的方程。⑶環(huán)的壓力降之和為零若規(guī)定按順時(shí)針流量的管段的壓力降為正值，逆時(shí)針流量的管段的壓力降為負(fù)值，在環(huán)網(wǎng)的壓力降之和為零

ΣΔPn=0(n=1,2…n)所得方程數(shù)等于環(huán)數(shù)n。⑷燃?xì)夤芫W(wǎng)的計(jì)算壓力降ΔP燃?xì)夤芫W(wǎng)的計(jì)算壓力降ΔP等于從管網(wǎng)源點(diǎn)至零點(diǎn)各管段的壓力降之和ΣΔPi，即所得方程數(shù)等于管網(wǎng)的零點(diǎn)數(shù)q。零點(diǎn)是環(huán)網(wǎng)最末管段的終點(diǎn)，是除源點(diǎn)外管網(wǎng)中已知壓力值的節(jié)點(diǎn)。n個(gè)環(huán)，P條管道，m個(gè)節(jié)點(diǎn)，q個(gè)零點(diǎn)，可列出：P+m-1+n+q=2P+q個(gè)方程環(huán)網(wǎng)未知量：3P剩余未知量：P-q∴在數(shù)學(xué)上不定解。補(bǔ)充方程的思路①按供氣可靠性原則預(yù)先分配流量，②按經(jīng)濟(jì)性原則采用等壓降法選取管徑。3、環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算步驟手工方法解環(huán)方程的計(jì)算方法（管網(wǎng)的平差計(jì)算）預(yù)先分配流量

計(jì)算單位長(zhǎng)度壓力降

預(yù)選管徑

計(jì)算各環(huán)的壓力降閉合差計(jì)算結(jié)束=0≠0重新分配流量環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算通常采用解管段方程組、解環(huán)方程組和解節(jié)點(diǎn)方程組的方法。是對(duì)壓降方程、連續(xù)性方程和能量方程的聯(lián)立求解。環(huán)狀管網(wǎng)的水力計(jì)算過(guò)程，就是重新分配各管段的流量，反復(fù)計(jì)算，直到同時(shí)滿足連續(xù)性方程和能量方程組為止，這一計(jì)算過(guò)程稱為管網(wǎng)平差。①繪制管網(wǎng)平面圖，對(duì)節(jié)點(diǎn)、管段、環(huán)網(wǎng)進(jìn)行編號(hào)、并標(biāo)明管道長(zhǎng)度、集中負(fù)荷、氣源或調(diào)壓站的位置；②計(jì)算管網(wǎng)各管段的途泄流量；③按氣流沿最短路徑從供氣點(diǎn)流向零點(diǎn)的原則，擬定環(huán)網(wǎng)各管段中的燃?xì)饬飨颉饬鞯姆较蚩偸橇麟x供氣點(diǎn)，而不應(yīng)逆向流動(dòng)。④從零點(diǎn)開(kāi)始，逐一推算管段的轉(zhuǎn)輸流量；⑤求管網(wǎng)各管段的計(jì)算流量；⑥預(yù)選管徑：a.由管網(wǎng)的允許壓降及供氣點(diǎn)至零點(diǎn)的計(jì)算長(zhǎng)度確定單位長(zhǎng)度允許的壓降；b.由單位長(zhǎng)度允許壓力降預(yù)選管徑；c.將管徑化為規(guī)格系列。⑦初步計(jì)算管網(wǎng)各管段的壓降及每環(huán)的壓力降閉合差；⑧管網(wǎng)平差計(jì)算，求每環(huán)的校正流量，使所有封閉環(huán)網(wǎng)壓力降的代數(shù)和等于零或接近于零，達(dá)到工程容許的誤差范圍。⑨驗(yàn)證總壓降，若滿足要求，計(jì)算結(jié)束；不滿足，重復(fù)⑥、⑦、⑧4、校正流量的計(jì)算

①②③④⑤⑥⑦ⅠⅡ經(jīng)初步計(jì)算后環(huán)網(wǎng)中各管段的管道直徑已定，但第Ⅰ環(huán)和第Ⅱ環(huán)的壓力降的代數(shù)和均不等于零。第Ⅰ環(huán)的壓力降閉合差為ΔPⅠ；第Ⅱ環(huán)的壓力降的閉合差為ΔPⅡ；低壓管網(wǎng)假設(shè)條件：水力光滑區(qū)引入校正流量后，各管段氣體流動(dòng)狀態(tài)不變各管段壓降計(jì)算式：式中：ΔP—管段的壓力降；

Q—燃?xì)饬髁浚?/p>

α—管道阻抗，其中包括物理常數(shù)、管段長(zhǎng)度和直徑。系數(shù)α的值隨氣流流動(dòng)狀況的改變而改變。由初步計(jì)算結(jié)果，用壓降方程表示：用流量形式表示：為不破壞節(jié)點(diǎn)的流量平衡，采用校正流量，以校正環(huán)網(wǎng)的閉合差。在Ⅰ環(huán)中引入校正流量ΔQⅠ，在Ⅱ環(huán)中引入校正流量ΔQⅡ，并且規(guī)定校正流量的方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颉?/p>

①②③④⑤⑥⑦①②③④⑤⑥⑦ⅠⅡ?qū)⒗ㄌ?hào)內(nèi)各多項(xiàng)式展開(kāi)為麥克勞林級(jí)數(shù)，因ΔQ與Q相比甚小，故只取前兩項(xiàng)：帶入，可得：根據(jù)以上所述可得：該式是一次聯(lián)立方程組，此式方程式的數(shù)量等于未知量的數(shù)量，由此方程組可解出校正流量ΔQ值。通常在環(huán)網(wǎng)中幾個(gè)環(huán)連成一片，故方程式較多，解聯(lián)立方程較為繁瑣；在實(shí)際計(jì)算中常用逐次漸近法來(lái)求解。根據(jù)方程組可以得到ΔQⅠ、ΔQⅡ的表達(dá)式：分析：第一項(xiàng)為未考慮鄰環(huán)校正流量的影響而得到的計(jì)算環(huán)的校正流量值；第二項(xiàng)則考慮到鄰環(huán)校正流量對(duì)計(jì)算環(huán)的影響。對(duì)于任意環(huán)，的一般式可寫為：

流量的第一個(gè)近似值。稱為校正稱為校正流量的第二個(gè)近似值，其表達(dá)式中含有鄰環(huán)的校正流量，用鄰環(huán)校正流量的第一個(gè)近似值來(lái)代替校正流量，另外，考慮到任何環(huán)都有多個(gè)和鄰環(huán)共用的管段，的一般形式可以寫為：式中：—鄰環(huán)校正流量的第一個(gè)近似值；

—與鄰環(huán)共用管段的值。校正流量的一般表達(dá)式：思考：各項(xiàng)的符號(hào)？？？？與的符號(hào)關(guān)系？對(duì)于環(huán)網(wǎng)的平差計(jì)算步驟，可按照這樣的順序來(lái)進(jìn)行：

（1）計(jì)算各環(huán)的，（2）計(jì)算各環(huán)的校正流量=+（3）以環(huán)校正流量值校正各管段的計(jì)算流量（4）驗(yàn)證各環(huán)壓降閉合差若不滿足閉合差要求，重復(fù)第（1），直至滿足精度要求為止。高中壓低壓（四）環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算舉例61300ⅢⅠⅡ457891011121323300100200300100300200100200100100200400200250600450600300400400500200200100200如圖所示燃?xì)獾蛪焊晒埽ㄤ摴埽?，圖中注明管網(wǎng)的環(huán)號(hào)、節(jié)點(diǎn)號(hào)、各管段長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)流量。

節(jié)點(diǎn)1為調(diào)壓器，出口壓力為3000Pa，管網(wǎng)計(jì)算壓力降為850Pa，試求各管段的管徑和各節(jié)點(diǎn)壓力。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下燃?xì)獾拿芏葹?kg/Nm3，運(yùn)動(dòng)粘度為15×10-6m2/s。

1、繪制管網(wǎng)平面示意圖，管網(wǎng)布置應(yīng)使管道負(fù)荷較為均勻。然后對(duì)節(jié)點(diǎn)、環(huán)網(wǎng)、管段進(jìn)行編號(hào)，標(biāo)明管道長(zhǎng)度、燃?xì)庳?fù)荷、氣源或調(diào)壓室位置等。2、按氣流沿著最短路徑從供氣點(diǎn)流向零點(diǎn)（不同流向燃?xì)獾膮R合點(diǎn)）的原則，擬定環(huán)狀管網(wǎng)燃?xì)饬鲃?dòng)方向。但在同一環(huán)內(nèi)，必須有兩個(gè)相反的流向。

20061300ⅢⅠⅡ4578910111213233001002003001003002001002001001002005015025011007003003009002003002001001002001005、根據(jù)管網(wǎng)允許壓力降和供氣點(diǎn)至零點(diǎn)的管道計(jì)算長(zhǎng)度（局部阻力通常取沿程損失的5~10%），求得單位長(zhǎng)度允許壓力降，據(jù)此即可初選管徑。

根據(jù)管網(wǎng)允許壓力降和調(diào)壓器至最遠(yuǎn)零點(diǎn)(13)的管道計(jì)算長(zhǎng)度求得單位長(zhǎng)度允許壓力降:850/(600+450+500+200)1.1=0.442Pa/m根據(jù)求得的單位長(zhǎng)度允許壓力降及各管段的初步計(jì)算流量查計(jì)算圖或采用水力計(jì)算公式計(jì)算，初選各管段管徑。

4、根據(jù)擬定的氣流方向和節(jié)點(diǎn)流量，以節(jié)點(diǎn)流量代數(shù)和為零為條件，從零點(diǎn)開(kāi)始，設(shè)定流量的分配，逐一推算每根管道的初步計(jì)算流量。

61300ⅢⅠⅡ4578910111213233001002003001003002001002001001002001001501503502502002003001502001501251251501256、由選定的管徑，計(jì)算各管段的實(shí)際壓力降以及每環(huán)的實(shí)際閉合差，通常初步計(jì)算結(jié)果管網(wǎng)各環(huán)的壓力降是不閉合的，這就必須進(jìn)行管網(wǎng)的平差計(jì)算。

（四）環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算舉例61300ⅢⅠⅡ457891011121323300100200300100300200100200100100200156902751622752401201642922001469696146966、由選定的管徑，計(jì)算各管段的實(shí)際壓力降以及每環(huán)的實(shí)際閉合差，通常初步計(jì)算結(jié)果管網(wǎng)各環(huán)的壓力降是不閉合的，這就必須進(jìn)行管網(wǎng)的平差計(jì)算。

計(jì)算各環(huán)的壓力降代數(shù)和及閉合差：2950Ⅱ63閉合差為：11.1%、11.7%、14.2%由于閉合差大于10%，超過(guò)工程允許范圍，需對(duì)各環(huán)進(jìn)行管段流量校正61300ⅢⅠⅡ4578910111213233001002003001003002001002001001002007、在人工計(jì)算中，平差計(jì)算是逐次進(jìn)行流量校正，使環(huán)網(wǎng)閉合差漸趨工程允許的誤差范圍的過(guò)程。

Ⅱ1、未考慮鄰環(huán)影響的校正流量-3.4-11-12.32、考慮鄰環(huán)影響的校正流量0-6.9-5.53、各環(huán)的校正流量-3.4-17.917.88、由管段的壓力降推算管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓力。一旦節(jié)點(diǎn)壓力未滿足要求，或者管道壓力降過(guò)小而不夠經(jīng)濟(jì)時(shí)，還需調(diào)整管徑，重復(fù)進(jìn)行6、7兩步計(jì)算。

61300ⅢⅠⅡ457891011121323300100200300100300200100200100100200Ⅱ校核調(diào)壓器至零點(diǎn)的總壓力降172+283+193+161=809<850Pa由調(diào)壓器出口壓力推算環(huán)網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)壓力。計(jì)算環(huán)狀管網(wǎng)以外的枝狀管網(wǎng)作水力計(jì)算圖已知低壓管網(wǎng)各管段長(zhǎng)度各環(huán)面積人口密度用氣量指標(biāo)3、6節(jié)點(diǎn)集中用戶天然氣物性管網(wǎng)計(jì)算壓力降（四）環(huán)狀管網(wǎng)的計(jì)算舉例解：繪圖計(jì)算各環(huán)單位長(zhǎng)度途泄流量解：繪圖計(jì)算各環(huán)單位長(zhǎng)度途泄流量確定各管段初步計(jì)算流量第六節(jié)庭院及室內(nèi)燃?xì)夤艿赖挠?jì)算一、室內(nèi)燃?xì)夤艿赖挠?jì)算二、庭院燃?xì)夤艿赖挠?jì)算一、室內(nèi)燃?xì)夤艿赖挠?jì)算12345678910室內(nèi)燃?xì)夤艿赖挠?jì)算需根據(jù)燃具的布置、燃具的數(shù)量以及燃具的灶前壓力的要求，確定室內(nèi)管道走向，通過(guò)水力計(jì)算，確定管徑。下面以某居民住宅為例，說(shuō)明室內(nèi)燃?xì)夤芫W(wǎng)的一般計(jì)算過(guò)程。

例：如圖所示某五樓居民住宅，每戶安裝兩眼燃?xì)庠钜痪?，額定流量1.6m3/h，燃?xì)馐覂?nèi)管及用氣管的允許壓力降為200Pa，求管道直徑。燃?xì)庀鄬?duì)密度為0.6，室內(nèi)溫度15℃。計(jì)算步驟如下：1、管道節(jié)點(diǎn)按順序編號(hào)，標(biāo)出各管段的長(zhǎng)度。

8.50.582.32.92.92.90.51.52、根據(jù)各管段供應(yīng)的用具數(shù)及其同時(shí)作用系數(shù)