管子热膨胀量计算公式与举例
管道膨胀系数
管道膨胀系数
摘要：
1.管道膨胀系数的定义和计算公式
2.管道膨胀系数的影响因素
3.不同材质的管道膨胀系数
4.管道膨胀系数在工程实践中的应用
5.总结
正文：
管道膨胀系数是指管道在温度变化时，其长度或体积发生变化的程度。
它是一个重要的物理参数，对于管道的设计、施工和运行都有重要的意义。
管道膨胀系数的计算公式为：ΔL = aLΔT，其中，ΔL是管道长度的变化，a是管道的线性膨胀系数，L是管道的原始长度，ΔT是温度的变化。
管道膨胀系数的影响因素主要有以下几点：
- 管道的材料：不同的材料具有不同的膨胀系数，例如，钢的膨胀系数约为12×10^-6/℃，而铝的膨胀系数约为23×10^-6/℃。
- 管道的直径：管道的直径越大，其膨胀系数越小。
- 温度变化：温度变化越大，管道的膨胀系数越大。
在工程实践中，管道膨胀系数在以下几个方面得到了应用：
- 管道设计和施工：根据管道膨胀系数，可以确定管道的布局和尺寸，以防止管道因温度变化而产生过大的应力。
- 管道连接和支架：在管道连接和支架的设计中，需要考虑管道膨胀系
数，以保证管道在温度变化时能够自由膨胀，避免因约束而产生的应力。
- 温度控制系统：通过控制管道的温度，可以调节管道的膨胀系数，从而实现对管道长度的控制。
总结起来，管道膨胀系数是一个重要的参数，对于管道的设计、施工和运行都有重要的意义。
管材的线膨胀及伸缩量的计算
第一节 管材的线膨胀及伸缩量的计算一、热膨胀量的计算管道安装完毕投入运行时，常因管内介质的温度与安装时环境温度的差异而产生伸缩。
另外，由于管道本身工作温度的高低，也会引起管道的伸缩。
实验证明，温度变化而引起管道长度成比例的变化。
管道温度升高，由于膨胀，长度增加；温度下降，则由于收缩，长度缩短。
温度变化1度相应的长度成比例变化量称为管材的线膨胀系数。
不同材质的材料线膨胀系数也不同。
碳素钢的线膨胀系数为12×10—6／℃，而硬质聚氯乙烯管的线膨胀系数为80X10—6／℃，约为碳素钢的七倍。
管材受热后的线膨胀量，按下式进行计算：()L t t L 21-=∆α式中△L ——管道热膨胀伸长量(m)；α——管材的线膨胀系数(1／K)或(1／℃)； t 2——管道运行时的介质温度(℃)；t l ——管道安装时的温度(℃)，安装在地下室或室内时取t 1=—5℃；当室外架空敷设时，t 1应取冬季采暖室外计算温度；L ——计算管段的长度(m)。
不同材质管材的。
值见表2—1。
表2—1不同材质管材的线膨胀系数在管道工程中，碳素钢管应用最广，其伸长量的计算公式为()L t t L 2161012-⨯=∆-式中12×10—6——常用钢管的线膨胀系数(1／)。
根据式(2—2)制成管道的热伸长量△L 表(见表2—2)，由表中可直接查出不同温度下相应管长的热伸长量。
例有一段室内热水采暖碳素钢管道，管长70m ，输送热水温度为95℃，试计算此段管道的热伸长量。
解根据钢管的热膨胀伸长量计算式(2—2)△L=12×10—6(t 1—t 2)L=12×10—6（95+5）×70=0.084m由已知管长及送水温度，直接查表2—2，也可得管道的热伸长量△L 。
如果管道中通过介质的温度低于环境温度，则计算出来的是缩短量。
二、热应力计算如果管道两端不固定，允许它自由伸缩，则热伸缩量对管予的强度没有什么影响。
钢材的性能热膨胀管径流量计算
钢材的性能热膨胀管径流量计算热膨胀是材料在温度变化时会出现的现象。
钢材的性能热膨胀管径流量计算涉及到钢材的热膨胀系数、管径和温度变化等参数。
下面将介绍钢材的热膨胀原理、计算方法及其在管径流量计算中的应用。
一、钢材的热膨胀原理当物体受热时，分子的热运动增强，分子间的相互作用力减小，从而使物体的体积增大，即发生热膨胀。
钢材的热膨胀系数是一个描述钢材热膨胀性能的物理量。
钢材的热膨胀系数通常表示为每摄氏度热膨胀的长度增加量。
二、钢材的热膨胀计算热膨胀系数与温度成正比，可以通过实验或查表获取。
以公制单位计算时，热膨胀系数的单位为1/℃。
根据钢材热膨胀系数的定义，可以得出以下计算公式：∆L=αL0∆T式中，∆L为钢材长度的增加量（米），α为钢材的热膨胀系数（1/℃），L0为钢材的初始长度（米），∆T为温度的变化量（℃）。
在管道系统中，温度变化会引起管道的热膨胀，从而对管道的工作产生一定的影响。
为了计算管道中流体的流量，需要考虑到管道的热膨胀对流量的影响。
（1）管道的热膨胀计算管道的热膨胀量与管道长度和管材的热膨胀系数有关。
可以通过以下计算公式计算管道的热膨胀量：∆L=αL0∆T式中，∆L为管道长度的增加量（米），α为管材的热膨胀系数（1/℃），L0为管道的初始长度（米），∆T为温度的变化量（℃）。
在管道系统中，流体的流量可以通过管道的直径和压力差来计算。
但是由于温度变化会引起管道的热膨胀，从而使管道直径发生变化，因此在计算流量时需要考虑到管道的热膨胀对管径的影响。
可以通过以下计算公式计算管道中的流体流量：Q=C∆Hd^2/4πηL式中，Q为流体流量（立方米/秒），C为流量系数，∆H为压力差（帕），d为管道直径（米），η为流体的动力黏度（帕·秒），L为管道长度（米）。
四、应用举例1.计算钢材管道的热膨胀量：2.计算管道的热膨胀后的直径：新直径=初始直径+∆L=0.1米+0.0024米=0.1024米。
管道热膨胀计算解析
管道专业施工相关热力计算
第一部分管道热推力的计算
一、管道热伸长计算
管道的热伸长量的大小与管材的种类、管段的长度及温差数值有关。
ΔL=αLΔt=αL(t2-t1) 公式一
式中ΔL——管段的热伸长量（m）；
α——管材的线膨胀系数[m/(m•)]；在附表1中查询
L——管段长度（m）；
t1 ——安装时环境温度（℃）；
t2 ——管内介质最高温度（℃）；
二、管道的热应力计算
管道受热时所产生的热应力大小与管材的性质、管段长度及热伸长量有关。
δ=E(ΔL/L) 公式二
式中δ——管道受热产生的热应力（MPa）；
E——管道的弹性模量（MPa）；在附表2中查询
ΔL——管段的热伸长量（m）；（由公式一得出）
L——管段长度（m）；
当管道受热时的应力知道后，乘以管道截面积，就是整个截面积所产生的总的热推力，即：
P=106δF 公式三
式中P——管道的热推力（N）
F——管道截面积（㎡）
δ——管道热应力（MPa）
附表1：常用钢材的线膨胀系数(×10-6m/m·℃)
附表2：不同温度下不同材料的弹性模量
第二部分相关补偿器的计算
一、管道的自然补偿
1、L形直角弯自然补偿；L形自然补偿管段如图。
热力管道的热膨胀及其补偿
热力管道的热膨胀及其补偿摘要：热力管道输送的介质温度很高，投入运行后，将引起管道的热膨胀，使管壁内或某些焊缝上产生巨大的应力，如果此应力超过了管材或焊缝的强度极限，就会使管道造成破坏。
本文就热力管道的热膨胀、热应力、轴向推力的理论分析计算，针对各种补偿器的选用原则和安装要点进行了简述。
关键词：热力管道热膨胀热应力热补偿补偿器预拉伸1 管道的热膨胀及热应力计算1.1 管道的热膨胀计算管段的热膨胀量按下式计算：ΔL=ɑ.L.Δt=2.L.(t2-t1)式中：ΔL——管段的热膨胀量（mm）；ɑ——管材的线膨胀系数，即温度每升高1℃每米管子的膨胀量（mm/m.℃）；L——管段长度（m）；Δt——计算温差，即管道受热时所升高的温度，它等于管道输送介质的最高工作温度t2与管道安装时的环境温度t1之差（℃）。
对于一般碳钢管ɑ=12×10-4mm/m.℃，则ΔL=0.012.L.Δt。
在施工中，为了迅速估算碳钢管道的热膨胀量，可按每米管道在升温100℃时，其膨胀量为1.2mm计算。
1.2 管道的热应力计算管道受热时所产生的应力的大小可按下式计算：σ=E. ε= E. = ■ E. ■ =E.ɑ.Δt式中：σ——管道受热时所产生的应力（kg/cm2）；E——管材的弹性模量（kg/cm2）；ε——管道的相对变形量，它等于管道的热膨胀量ΔL（mm）与管道原长L（m）之比，即ε=■常用钢材的弹性模量E=2×10-6（kg/cm2），一般碳钢管的线膨胀系数ɑ=12×10-6（mm/m.℃），则热应力的计算公式可简化为σ=2×106×12×10-6×Δt=24.Δt（kg/cm2）。
利用此式，可以很容易地计算出钢管道热膨胀受到限制时产生的热应力。
由此可见，管道受热时所产生的应力的大小，与管子直径及管壁厚度无关。
它是由管子材料的弹性模量、线膨胀系数和管道受热时所升高的温度来决定的。
管道膨胀量及弯管计算
管道膨胀量及弯管计算管道膨胀量及弯管计算是在工程设计和安装过程中非常重要的计算内容。
管道膨胀量的计算可以帮助工程师确定管道在热胀冷缩过程中的变形程度，从而选取合适的补偿措施。
而弯管计算则是为了确定管道在弯曲处的结构稳定性和弯曲角度。
本文将详细介绍管道膨胀量及弯管计算的基本原理和方法，并给出实际案例进行分析。
一、管道膨胀量计算在工程设备中，管道的温度会因为介质的热传导而发生变化，导致管道的热胀冷缩。
为了保证管道系统的正常运行和结构安全，需要考虑管道在热胀冷缩过程中的膨胀量。
1.管道材料的线膨胀系数：不同材料的管道在不同温度下的线膨胀系数不同，一般可从材料手册中查询得到。
2.管道长度：管道的长度越长，膨胀量也就越大。
3.温度差：管道在设计温度和环境温度之间的温度差越大，膨胀量也就越大。
计算管道的膨胀量可以使用以下公式：膨胀量=管道长度×温度差×线膨胀系数举例说明：二、弯管计算在管道设计中，经常会遇到需要在管道上进行弯曲的情况，如水暖管道、通风管道等。
为了保证弯曲处的结构稳定性和弯曲角度的准确性，需要进行弯管计算。
弯管计算要考虑的主要因素有以下几个：1.弯曲角度：弯曲角度是根据实际工程需求确定的，一般情况下，弯曲角度不应大于180度。
2.管径和壁厚：管道的管径和壁厚对弯曲处的结构稳定性有重要影响。
3.弯管弯曲半径：弯管弯曲半径是指弯曲处的曲线弧形的半径，一般情况下，弯管弯曲半径不应小于管道直径的3倍。
弯管的计算一般可以通过以下步骤进行：1.确定弯曲处的管道长度，根据工程实际情况进行测量或估计。
2.根据已知的管径和壁厚，计算出管道的截面面积。
3.根据已知的弯曲角度和管径，计算出弯管的弯曲半径。
4.根据已知的管道长度、弯曲半径和弯曲角度，计算出弯管的弯曲长度。
5.根据已知的管道长度和弯管的弯曲长度，计算出直管的长度。
举例说明：假设有一段长度为10m的钢管，管径为50mm，壁厚为2.5mm，需要对其进行180度的弯曲。
管材的线膨胀及伸缩量的计算
第一节 管材的线膨胀及伸缩量的计算一、热膨胀量的计算管道安装完毕投入运行时，常因管内介质的温度与安装时环境温度的差异而产生伸缩。
另外，由于管道本身工作温度的高低，也会引起管道的伸缩。
实验证明，温度变化而引起管道长度成比例的变化。
管道温度升高，由于膨胀，长度增加；温度下降，则由于收缩，长度缩短。
温度变化1度相应的长度成比例变化量称为管材的线膨胀系数。
不同材质的材料线膨胀系数也不同。
碳素钢的线膨胀系数为12×10—6／℃，而硬质聚氯乙烯管的线膨胀系数为80X10—6／℃，约为碳素钢的七倍。
管材受热后的线膨胀量，按下式进行计算：()L t t L 21-=∆α式中△L ——管道热膨胀伸长量(m)；α——管材的线膨胀系数(1／K)或(1／℃)； t 2——管道运行时的介质温度(℃)；t l ——管道安装时的温度(℃)，安装在地下室或室内时取t 1=—5℃；当室外架空敷设时，t 1应取冬季采暖室外计算温度；L ——计算管段的长度(m)。
不同材质管材的。
值见表2—1。
表2—1不同材质管材的线膨胀系数在管道工程中，碳素钢管应用最广，其伸长量的计算公式为()L t t L 2161012-⨯=∆-式中12×10—6——常用钢管的线膨胀系数(1／)。
根据式(2—2)制成管道的热伸长量△L 表(见表2—2)，由表中可直接查出不同温度下相应管长的热伸长量。
例有一段室内热水采暖碳素钢管道，管长70m ，输送热水温度为95℃，试计算此段管道的热伸长量。
解根据钢管的热膨胀伸长量计算式(2—2)△L=12×10—6(t 1—t 2)L=12×10—6（95+5）×70=0.084m由已知管长及送水温度，直接查表2—2，也可得管道的热伸长量△L 。
如果管道中通过介质的温度低于环境温度，则计算出来的是缩短量。
二、热应力计算如果管道两端不固定，允许它自由伸缩，则热伸缩量对管予的强度没有什么影响。
管道膨胀系数计算
管道膨胀系数计算
管道膨胀系数是指管道在温度变化时，由于热胀冷缩导致的长度变化与温度变化的比值。
计算管道膨胀系数是非常重要的，因为它可以帮助工程师确定在不同温度下管道的设计和安装要求。
计算方法
管道膨胀系数可以通过以下公式来计算：
膨胀系数= (α × L × ΔT) / 1000
其中，α 是管道材料的线膨胀系数（单位：1/℃），L 是管道的长度（单位：mm），ΔT 是温度变化（单位：℃）。
示例
假设我们有一根长度为5000mm的钢管，钢管的线膨胀系数为0.0121/℃。
如果温度变化为50℃，我们可以使用上述公式来计算膨胀系数：
膨胀系数 = (0.0121 × 5000 × 50) / 1000 = 30.25
因此，钢管在50℃温度变化下的膨胀系数为30.25。
应用
计算得到的膨胀系数可以用于确定管道在不同温度下的变化情况，从而帮助工程师选择合适的管道设计和安装方法。
特别是在长距离的管道系统中，膨胀系数的计算对于管道的稳定性和安全性至关重要。
注意：以上计算结果仅供参考，请根据具体情况进行验证和调整。
参考资料。
管材的线膨胀及伸缩量的计算
第一节管材的线膨胀及伸缩量的计算一、热膨胀量的计算管道安装完毕投入运行时，常因管内介质的温度与安装时环境温度的差异而产生伸缩。
另外，由于管道本身工作温度的高低，也会引起管道的伸缩。
实验证明，温度变化而引起管道长度成比例的变化。
管道温度升高，由于膨胀，长度增加；温度下降，则由于收缩，长度缩短。
温度变化1度相应的长度成比例变化量称为管材的线膨胀系数。
不同材质的材料线膨胀系数也不同。
碳素钢的线膨胀系数为12×10—6／℃，而硬质聚氯乙烯管的线膨胀系数为80X10—6／℃，约为碳素钢的七倍。
管材受热后的线膨胀量，按下式进行计算：式中△L——管道热膨胀伸长量(m)；?——管材的线膨胀系数(1／K)或(1／℃)；t2——管道运行时的介质温度(℃)；t l——管道安装时的温度(℃)，安装在地下室或室内时取t1=—5℃；当室外架空敷设时，t1应取冬季采暖室外计算温度；L——计算管段的长度(m)。
不同材质管材的。
值见表2—1。
表2—1不同材质管材的线膨胀系数在管道工程中，碳素钢管应用最广，其伸长量的计算公式为式中12×10—6——常用钢管的线膨胀系数(1／)。
根据式(2—2)制成管道的热伸长量△L表(见表2—2)，由表中可直接查出不同温度下相应管长的热伸长量。
例有一段室内热水采暖碳素钢管道，管长70m，输送热水温度为95℃，试计算此段管道的热伸长量。
解根据钢管的热膨胀伸长量计算式(2—2)△L=12×10—6(t1—t2)L=12×10—6（95+5）×70=0.084m由已知管长及送水温度，直接查表2—2，也可得管道的热伸长量△L。
如果管道中通过介质的温度低于环境温度，则计算出来的是缩短量。
表2—2水和蒸汽管道的热伸长量△L表(m)如果管道两端不固定，允许它自由伸缩，则热伸缩量对管予的强度没有什么影响。
若在管子的两端加以限制，阻止管子伸缩，这时在管道内部将产生很大的热应力，热应力的计算式为式中σ——管材受热时所产生的热应力(MN／m2)；E——管材的弹性模量(MN／m2)，碳素钢的弹性模量 E=20．104×104MN ／m2；ε——管段的相对变形量，ε=△L/L为管段的热膨胀量(m)；L为在室温下安装的管段原长度(m)。
压力管道热膨胀量的简化计算及快速合算
1 20 1.167E-05
α2
1.376E-05
ΔL，mm
5.27
e，mm
516.5
e，in
20.34
Lmin，m
8.62
L, m U， m
99 98.005
ΔL，mm
5.27
E,mm
516.486
数据输出
E,in
20.33
挠性分析结果
7.51
L 弯 1 7 .76 de 采用固有挠性补偿 d：管子外径，in
e：直管段总膨胀量，in
数据输入
d，mm e，in
108 20.33
L弯1,in
72.15
3
L弯1,m
21.99
1.167E-05
α2
1.376E-05
数据输出
ΔL，mm
5.27
e，mm
516.5
e，in
20.34
DE/（L-U）²≤0.03，
不合适，需做应力分析 D:公称直径，in； 管系的挠性分析 L：管线总长度，ft；
E：两固定点间管线总膨胀量，
in；
U：两固定点间直线距离，ft；
2
D，mm
100
数据输入
主管道存在热膨胀时，为避免系统 产生过大的应力，连接在主管道上 的支管应具有一个最小无约束长 度,即：支管长度要大于Lmin；
L min 0 .12 e 分 * D
e分：采取补偿措施后，新两固定
点
间管线总膨胀量，in；
D：支管公称直径，mm
T1，℃
20
T2，℃
400
管线长度L，M
98
直管中固定支架数 支管公称直径D，
高温管道 膨胀力 计算
高温管道膨胀力计算一、管道温度变化高温管道在运行过程中，由于受到热源的影响，管道的温度会发生变化，从而导致管道的长度和直径发生膨胀或收缩。
了解管道温度的变化范围是计算膨胀力的基础。
二、材料的热膨胀系数不同材料的热膨胀系数是不同的，这意味着在不同温度下，相同长度的管道材料会膨胀或收缩的程度不同。
了解管道材料的热膨胀系数对于准确计算膨胀力至关重要。
三、管道的原始长度和直径了解管道的原始长度和直径是计算膨胀力的基础。
在知道管道长度和直径的基础上，结合温度变化和材料的热膨胀系数，可以计算出管道的膨胀或收缩量。
四、管道承受的压力管道承受的压力也会对膨胀力产生影响。
压力越大，管道在发生膨胀时所受到的约束力越大，从而使得膨胀力增加。
因此，在计算高温管道膨胀力时，需要考虑管道所承受的压力。
五、环境温度和散热情况环境温度和散热情况也会影响管道的温度变化和热膨胀程度。
如果环境温度较高或散热不良，管道的温度变化范围可能会更大，从而导致更大的膨胀力。
六、时间因素对热膨胀的影响时间因素也是影响热膨胀的重要因素之一。
在高温管道运行初期，由于管道材料的内部温度分布不均匀，可能导致较大的膨胀或收缩，而在稳定运行阶段，热膨胀程度可能会逐渐减小。
因此，在计算高温管道膨胀力时，需要考虑时间因素对热膨胀的影响。
七、管道支撑和约束条件管道的支撑和约束条件对于计算膨胀力具有重要影响。
这些条件决定了管道在受热膨胀或收缩时所受到的限制程度。
如果管道受到较好的支撑和约束，其膨胀或收缩会受到限制，从而减小膨胀力。
相反，如果管道支撑和约束条件较差，其膨胀或收缩会更加自由，导致更大的膨胀力。
在实际应用中，管道的支撑和约束条件可能因工程设计和安装方式而异。
因此，在计算膨胀力时，需要详细了解管道的支撑和约束条件，以确保计算的准确性。
八、介质性质对热膨胀的影响高温管道中输送的介质性质也会对热膨胀产生影响。
不同性质的介质在受热时会有不同的膨胀程度。
例如，液态介质和气态介质在相同温度下的热膨胀程度可能不同。
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管子热膨胀量计算公式与举例
Pipes and Tubes - Temperature Expansion
Pipes expands when heated and contracts when cooled. The expansion of the pipes can be expressed with the expansion formula
管子有热胀冷缩的性质。
管子的热胀或冷缩量可以用公式表示
The temperature expansion of pipes depends on the start and final temperature of the pipe and the expansion coefficient of the piping material at the actual temperature. The general expansion formula can be expressed as:
管子随温度的膨胀或冷缩取决于起始温度和终了温度、实际温度下管子材质对应的膨胀系数。
其通用的膨胀公式也表达为：
dl = α Lo dt (1)
where 其中
dl = expansion 膨胀量 (m, inch)
Lo = length of pipe 管子原长(m, inch)
dt = temperature difference 温度差(℃, F)
α = linear expansion coefficient线膨胀系数(m/moK, inch/inch F)
Mean expansion coefficient may vary with temperature as:
平均膨胀系数会随温度的不同而不同
Mean Expansion Coefficient - α - (10-6 inch/inch F)
Material Temperature Range (oF)
- 32 32 - 212 32 - 400 32 - 600 32 - 750 32 - 900
32 -
1100
32 -
1300
Alloy Steel
(1% Cr. 1/2%
Mo)
7.7 8.0 8.4 8.8 9.2 9.6 9.8
Mild Steel
7.1 7.8 8.3 8.7 9.0 9.5 9.7
(0.1 - 0.2% C)
Stainless Steel
10.8 11.1 11.5 11.8 12.1 12.4 12.6 12.8
(18% Cr. 8% Ni)
Formula (1) can also be used with SI units. The expansion coefficient must be adjusted to ℃.
公式（1）也可以用SI单位表示，膨胀系数需要转化为℃。
下面是换算公式：
•T(℃) = 5/9[T(F) - 32]
• 1 in (inch) = 25.4 mm
• 1 ft (foot) = 0.3048 m
•Expansion coefficients for some common materials
Example - Thermal Expansion of Heated Alloy Steel
100 feet of alloy steel pipe is heated from 32 to 212 F. The expansion coefficient is 8 X10-6 (inch/inch F).。