第六章_燃气管网的水力计算

W2 P 2
局部阻力损失也可用当量长度来计算，各种管件折成相同管径管
段的当量长度L2可按下式确定：
L2 W 2 P d 2 d L2 d
对于ζ=1时各不同直径管段的当量长度可按下法求得：

根据管段内径、燃气流速及运动粘度求出Re，判别流 态后采用不同的摩阻系数λ的计算公式，求出λ值， d 而后可得： l2
( W ) 0 x
(三) 气体状态方程：P ZRT
运动方程的基础是牛顿第二定律，对
于微小体积(或称元体积)的流体可写为： 微小体积流体动量的改变量等于作用 于该流体上所有力的冲量之和，即
(一) 运动方程：
( W ) ( W 2 ) P W2 g sin x x d 2
二、燃气管道内燃气稳定流方程式 除单位时间内输气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，设计城市燃气管道时燃气流动的 不稳定性可不予考虑。
P 0
0
W 0
P W 2 x d 2 W 常数 P ZRT
P P ( ) 1 gas 由燃气密度进行水力计算修正： L L
从结果可知，系统最大压降值是从用
户引入管至用具14，通过计算，各管 段的管径均可确定。
课后作业
某多层住宅，已知燃气室内立管终端
标高15m，引入管始端标高-0.6m，燃 气密度0.71kg/Nm3，引入管起点压力 P1=1100Pa，燃气由起点到终点的总阻 力损失为80Pa，计算附加压头及立管 终端压力P2。
第六章 燃气管网的水力 计算
一、不稳定流动方程式
燃气是可压缩流体，一般情况下管道内燃
气的流动时不稳定流。由于气田调节采气 的工况，压送机站开动压缩机不同台数的 工况以及用户用气量变化的工况，都决定 了其具有不稳定流的性质，这些因素导致 管道 内燃气的压力变化和流量变化。随着 管道内沿程压力的下降，燃气的密度也在 减小。只有在低压管道中燃气密度的变化 可忽略不计。此外，在多数情况下，管道 内燃气的流动可认为是等温的，其温度等 于埋管周围土壤的温度。
1
0.23 V 0.226 6 ( 1 . 9 10 ) W d 0.226
W 2.4 10 6 V
W 2.7 10 6 V
阻力平方区
谢维列夫公式：
0.75 V 0.284 6 ( 0 . 55 10 ) W d 0.284
尼古拉茨半经验公式：
1 d [2 lg(3.7 )]2
1
Re
105 Re 3 106
d 4000 Re 22.2( )8 / 7

21g (Re ) 0.8
谢维列夫公式：
0.25 Re 0.226 0.77 对于新铸铁管： K 1 0.284 Re
对于新钢管： K1 K 2
过渡区 对于新钢管： K1 K 2 对于新铸铁管： K
2 2 2 P T 10 Q0 1 P 2 1.27 10 5 Z 式5-11 L d T0 2 Q P T 6.26107 0 l d 5 T0 式5-1
三、燃气管道的摩擦阻力系数
概念：它是反映管内燃气流动摩擦阻力的确个无因次
系数，其值与燃气在管道内的流动状况，燃气性质， 管材(内壁粗糙度)及连接方法，安装质量有关。

实际工程中通常根据此式，对不同种类的燃气制成图 表，见图6-6，可查出不同管径不同流量时的当量长度。
管段的计算长度L可由下式求得
L L1 L2 L1 l2
（二）附加压头
由于燃气与空气的密度不同，当管段始末端存在标高
差值时，在燃气管道中将产生附加压头，其值由下式 确定： P g ( a g )H
式5-6
（三） 紊流状态(Re>3500)
钢管
0.11(
d
68 0.25 ) Re
2 P dv 0.25 Q0 T 6 6.9 10 ( 192.2 ) 0 l d Q0 T0 d5
式5-8
铸铁管
0.12( 5158
1 d dv 0.284 ) Q0
当附加压头为正值时，会减少压力降，有助于燃气流
动；当附加压头为负值时，阻碍燃气流动。 计算室内燃气管道及地面标高变化相当大的室外或厂 区的低压燃气管道，应考虑附加压头。
6.2 建筑燃气系统的水力计算
在进行建筑燃气系统水力计算时，应
首先根据土建、给排水、采暖及电气 等各专业的平面图和系统图选定并布 置燃气表、用户燃气用具和燃气管道， 画出燃气系统图。利用同时工作系数 法计算确定各管段 的计算流量。自引 入管到各燃具之间的压力降，其最大 值即为建筑燃气系统的总压降。
2
2
对于低压燃气：Pm P0
2 2 P0 T Z Q0 1.62 Q0 T Z P P L 0 . 81 L 1 2 0 0 5 5 2 d Pm T0 Z 0 d T0 Z 0
采用习惯采用单位kPa，并考虑城市燃气管道压力一般
在1.6MPa以下，Z≈Z0=1，则高、中燃气管道和低压燃 气管道计算公式为：
所得方程式是燃气在等温流动时，高压和低压燃气管道计 算的基本公式。
得到： 高、低压(Pa)燃气管道的基本计算公式
2 Q0 T Z P P 1.62 5 0 P0 L d T0 Z 0 2 1 2 2
用于低压燃气，上式简化为：
P 1 P 2 (P 1 P 2 )(P 1P 2 ) P 2P m
2.51 ) 3.7d Re
68 阿里特苏里公式： 0.11( ) 0.25 d Re
谢维列夫公式：
(
2.适用于一定流态区的专用公式：
（1）水力光滑区
A B m ) d Re
1 m
1 m
(用于新铸铁管 )
尼古拉茨公式： 0.0032 0.0221 0.237
6.1 管道内燃气流动的基本方程式
决定燃气流动状态的参数为：压力P、密度ρ和流速W，均沿管长
随时间变化，它们是距离x和时间τ的函数，即:
P P ( x, ) ( x, ) W W ( x, )
(一) 运动方程： (二) 连续性方程：
( W ) ( W 2 ) P W2 g sin x x d 2
(6) (7) 计算各管段的附加压头 Pf g(a g )H (8) 求各管段的实际压力损失 P H g (a g ) (9) 求室内燃气管道的总压力降，核实总压力降与规范 要求标准。 (10) 若总压力降与允许的计算压力降相比较，不合适， 则可改变个别管段的管径以满足要求。
按上述假设，途泄流量可确定为：
1）在供气范围内按不同居民人口密度
划分成小区。 2）分别计算各小区用气量。即 Qz=Ne 3)计算各小区管段单位长度途泄流量 为：qz=Qz/∑L 4）求各管段的途泄流量，即： Q1=∑qz.L
式5-12
0.12( 5158
1 d
dv 0.284 ) Q0
2 Q P12 P22 1 dv T 1.3 109 ( 5158 ) 0.84 0 0 L d Q0 T0 d5
式5-13
三、燃气管道摩擦阻力损失计算图表
五、燃气管道局部阻力损失和附加压头 （一）局部阻力损失 当燃气流经三通、弯头、变径管、阀门等管道附件时， 由于几何边界的急剧改变，燃气流线的变化，必然产 生额外的压力损失，称之为局部阻力损失。
Q0 P T 1.131010 4 v 0 l d T0
Re 2100 65 Re 10 5
式5-4
（二）临界状态(Re=2100-3500)
0.03
2 11.8Q0 7 104 dv Q0 P T 6 1.9 10 (1 ) 0 l T0 23Q0 105 dv d5
6.3 燃气分配管网计算流量
一、燃气分配管段计算流 量的确定 燃气分配管网各管段根 据连接用户的情况，分 为三种： 只有转输流量的管段 只有途泄流量的管段 有转输、途泄流量的管 段
二、变负荷低压分配管段计算流量
在设计低压分配管网时，一般只能获
得街坊或区域的总的用气负荷，各用 户用气的原始资料无法详尽，在确定 管段计算流量时，一般应首先确定途 泄流量的大小。
例题6-1试做六层住宅楼的建筑燃气系
统的水力计算，燃气管道的布置见图 6-6和图6-7，每家用户装双眼灶一台， 额定热负荷4.8×2kW，燃气热值为 18MJ/m3，燃气密度ρ=0.45kg/m3，运 动黏度ν=25×10-6 m2/s.
室内燃气管道计算方法和步骤
(1)先选定和布置用户燃具，并画出管道系统图。 (2)将各管段按顺序编号，凡是管径变化或流量变化处均 应编号。 (3)求出各管段的额定流量，根据各管段供气的用具数得 同时工作系数值，可求出各管段的计算流量。 (4)由系统图求得各管段的长度，并根据计算流量预选各 管段的管径。 (5)算出各管段的局部阻力系数，求出其当量长度，可得 管段的计算长度，根据管段计算流量及已定管径，查 图6-6求得ξ=1时的t2，求d/λ。
K1 K 2
0.121 d 0.226
d Re 597 ( ) 9 / 8
对于新钢管：
W 2.4 10 6 V
6
W 对于新铸铁管： 2.7 10 V
K1
0.0143 d 0.284
城市燃气管道水力计算公式和计算图 表
一、低压燃气管道摩擦阻力损失计算公式 Re （一）层流状态(Re<2100) 64
1途泄流量的Q1的确定