燃气输配彭世尼六燃气管网的水力计算PPT课件

由式Q=αQ1＋Q2 可知，与管道途泄流量Q1相当 的计算流量Q=αQ1，可由管道终端节点流量为 αQ1和始端节点流量为（l-α）Q1来代替。
1. 当α取0.55时，管道始端i、终端
j的节点流量分别为： qi 0.45Q1i j q j 0.55Q1i j
2. 图6-10各节点流量为：
三、室内燃气管道计算 (采用同时工作系数法)
(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
第六章 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
一、不稳定流动方程式
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：
(W ) (W 2 ) P g sin W 2
3. 管段上所接的大型用户为集中流 量，也可转化为节点流量。根据 集中流量离该管段两端节点的距 离，近似地按按比例分配于两端 节点上。
第四节 管网水力计算
一、枝状管网水力计算 （一）枝状管网水力计算特点 (1)管段数P和节点数m的关系：p=m-1。 (2)流量分配方案是唯一的，任一管段的流量都为该管段
后所有节点流量之和 。 (3)枝状管网管段直径改变，只导致管道终点压力改变，
并不影响管段流量变化。枝状管网水力计算中各管段 的未知数只有直径和压力降两个。
（二）枝状管网水力计算计算步骤
(1)对管网进行节点和管段编号 (2)确定气流方向，求管网各管段的计算流量 (3)根据确定的允许压力降，计算单位长度的允许压力降 (4)预选管径 (5)根据所选管径求摩擦阻力损失和局部阻力损失，计算
qA

L12

L23

QA L34 L45

L56

L16
qB

QB L12 L211
qC

L211

QC L23

L37
（四）求管段途泄流量
管段途泻流量等于单位长度途泻流量乘以该管段长度； 需同时向两侧供气时，其途泻流量为两侧的单位长度 途泻流量之和乘以该管段长度。
第三节 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
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计算流量公式：
Q=αQ1+Q2=0.55Q1+Q2
由上式可见，燃气分配 管道可看作在终端有一 集中负菏，流量为Q，则 其压力降等于实际上既 有转输流量，又有逾泄 流量的该管段的压力降。 因此，途泄流量常可看 作相当于两个集中流量 值，即在管段始端为 0.45Q1，而在终端为 0.55Q1。
分别计算各小区居民用气量、小型公共建筑及小型工 业用气量，其中居民用气量可用居民人口数乘以每人 每小时的燃气计算流量e（m3／(人.h)）求得。
(三）计算各管段单位长度途泄流量 计算中可以认为，途泄流量是沿管段均匀输出的，管 段单位长度的途泄流量为 q Q1
L
图6-9中A、B、C各小区 管道单位长度途泻为：

x
x
d2
(二) 连续性方程： (W ) 0
x
(三) 气体状态方程：P ZRT
(四) 方程组

P x

d
W2 2


P

C2
(W x
)
P ZRT

二、燃气管道内燃气稳定流方程式
P 0 0 W 0
0
T T0
铸铁管
0.12( 1 5158 dv )0.284
d
Q0
P l

6.4 106 ( 1 d
5158 dv )0.284 Q0
Q02 d5
0
T T0
二、高、中压燃气管道摩擦阻力损失计算公式
（一）钢管、塑料管
0.11( 68 )0.25
d Re
P12
对于低压燃气：Pm P0
P1 P2

1.62 2

Q02 d5
0
P0 Pm
T T0
Z Z0
L

0.81
Q02 d5
0
T T0
Z Z0
L
采用习惯采用单位，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：
P12
P l
P22 L

1.27
1010

Q02 d5

6.26107
Q02 d5
0
T T0
0
T T0
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。


f
(
Re
,
d
)
不同流态区的摩阻系数的经验及半经验公式
谢维列夫公式：
对于新钢管：

K1 K 2
0.25 Re 0.226
对于新铸铁管：

K1
0.77 Re 0.284
过渡0.23 d 0.226
(1.9 106
V W
) 0.226
对于新铸铁管：

K1
0.75 d 0.284
(0.55 10 6
V W
d Re
谢维列夫公式：
1
1

Am (

Bm
)m
(用于新铸铁管 )
d Re
2.适用于一定流态区的专用公式：
（1）水力光滑区
尼古拉茨公式： 0.0032 0.0221
Re 0.237 1 21g(Re ) 0.8
105 Re 3106
4000 Re 22.2( d )8/7
P22 L

1.4 109
(
d
192.2
dv Q0
) 0.25
Q02 d5
0
T T0
（二）铸铁管
0.12( 1 5158 dv )0.284
d
Q0
P12
P22 L
1.3109 ( 1 d
5158 dv )0.84 Q02
Q0
d5
0
T T0
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。
P W 2
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：
（二）环状管网水力计算步骤
(1)绘制管网平面示意图，对节点、管段、环网编号，并 标明管道长度，集中负荷，气源或调压站位置等。
(2)计算管网各管段的途泄流量。
(3)按气流沿最短路径从供气点流向零点的原则，拟定环 网各管段中的燃气流向。
(4)从零点开始，逐一推算各管段的转输流量。
(5)求管网各管段的计算流量。


K1
0.0143 d 0.284
第二节 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 （一）层流状态(Re<2100) Re
64
P l
1.13 1010
Q0 d4
v0
T T0
（二）临界状态(Re=2100-3500)


0.03
Re 2100 65 Re 105
（一）层流区： 64 ；（Re 2100)
Re
（二）临界区： 0.0025 3 Re；(2100 Re 3500 )
（三）紊流区
1.适用于整个紊流区的通用公式：
柯列勃洛克公式： 1 21g( 2.51 )

3.7d Re
阿里特苏里公式： 0.11( 68 )0.25
q1 0.55Q161 0.45Q112 q2 0.55Q112 0.55Q152 0.45Q123 q3 0.55Q123 0.55Q143 q4 0.55Q154 0.45Q143 q5 0.55Q165 0.45Q152 0.45Q154 q6 0.45Q165 0.45Q161
(6)根据管网允许压力降和供气点至零点的管道计算长度 (局部阻力损失通常取沿程阻力损失的5%-10%)，求得 单位长度允许压力降，并预选管径。
(7)初步计算管网各管段总压力降及每环的压力降闭合差。
(8)管网平差计算，求每环的校正流量，使所有封闭环网 压力降的代数和等于0或接近于0，达到工程容许的误 差范围。
P d L2 W 2
d2
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，
而后可得：
l2

d

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。
) 0.284
阻力平方区
W 2.4 106 V
W 2.7 106 V
尼古拉茨半经验公式： 1
[2 lg(3.7 d )]2
谢维列夫公式：

Re 597( d )9 /8
对于新钢管： W 2.4106 V
对于新铸铁管： W 2.7 106 V


K1 K 2
0.121 d 0.226
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
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。
二、途泻流量的计算
途泄流量只包括大量的居民用户和小型公共建筑用户。 用气负荷较大的公共建筑或工业用户应作为集中负荷 来进行什算。
以图6-9所示为例，各管段的途泻流量计算步骤如下： （一）将供气范围划分为若干小区
根据该区域内道路、建筑物布局及居民人口密度等 划分为A、B、C、D、E、F小区，并布置配气管道1-2、 2-3……。 （二）分别计算各小区的燃气用量
总压降 (6)检查计算结果，比较总压降是否超出允许范围
二、环状管网水力计算
（一） 环状管网水力计算特点 管段数P，节点数m和环数n的关系：p=m+n-1 流量分配方案不是唯一的。这是因为环状管网任一管
段的燃气可由多条管道供气，管道流量是可以再分配 的。再分配燃气流量时，必须保证每一节点的燃气连 续流动，即流向节点的流量必须等于流离节点的流量。 环状管网管段直径改变，会导致管道压力和流量的改 变，因此环状管网水力计算中各管段的未知数有直径、 压力降和流量三个。
图6-9中各管段的途泻流量如下：
Q 12 1

(qA

qB )L12
Q 23 1

(qA

qC
) L23
Q 48 1

(qD

qE
) L48
Q 16 1

q A L16
二、节点流量
在用电子计算机进行燃气环状管网水力计算时， 常把途泄流量转化成节点流量来表示。这样， 假设沿管线不再有流量流出，即管段中的流量 不再沿管线变化，只在管段的起点和终点有流 量流出，它产生的管段压力降与实际压力降相 等。
（三）环状管网计算示例
[例6－3]试计算图6-13所示的 低压管网，图上注有环网各 边长度（m）及环内建筑用地 面积F（公顷）。人口密度为 每公顷为600人．每人每小时 的用气量为0.06m3，有一个工 厂集中用户，用气量为 100m3/h。气源是焦炉煤气， ρ＝0.46kg／m3，ν＝ 25×10-6m2/s。管网中的计算 压力降取ΔP＝400Pa。
P l
1.9 106 (1
11.8Q0

7 104
dv )
23Q0 105 dv
Q02 d5
0
T T0
（三） 紊流状态(Re>3500)
钢管
0.11( 68 )0.25 d Re
P l

6.9 106 ( d
192.2 dv )0.25 Q0
Q02 d5




dP dx

d
W2 2


W 常数
P ZRT
得到：
高、中压燃气管道的基本计算公式
P12
P22

1.62
Q02 d5
0 P0
T T0
Z Z0
L
用于低压燃气，上式简化为：
P12 P22 (P1 P2 )(P1 P2 ) P 2Pm