蒸汽管道水力计算算例

以下对各限流孔板进行设计计算。
孔板的流量可通过式 3.0.1-1 来计算（关于绝热指数的表述有无，规范里的表述仅适用于理 想气体） 。HG/T 20570.15-95 有孔径计算的具体步骤，这里采用 EXCEL 表格方法（见面如 下）计算，其中，压缩系数用公式z = z PrVr⁄Tr计算，其中 zc 为临界压缩系数，对于水蒸 气为 0.23，Pr、Vr 和 Tr 分别为对比压力、对比比容和对比温度（实际值和临界值的比值） 。 这里假设蒸汽的温度不变，严格意义讲，蒸汽不是理想气体，经节流后温度将发生变化，这 里为了简化计算，假定温度不变，管道的雷诺数为 3.33×106。
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道的压力比，因此管道处于亚临界流动状态。通过式 6.3.4-16~18 所述方法计算管道质量流 速，这里指出的是，管道末端压力即为背压，因此可以通过查询的方法直接获得管道末端的 比容，进而求出比容比，计算出的质量流速相差甚微。根据以上计算结果，求得管道的质量 流速为 1174.215 kg/m2s，与 1234.568 kg/m2s 相差仅 4.9%，计算结果可以接受。
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通过上述方法，可求得各块孔板的设计参数分别为： C1=0.62 ， d1=24.37mm ； C2=0.65 ， d2=29.8Hale Waihona Puke Baidumm；C3=0.7，d3=35.97mm；C4=0.81，d4=41.65mm。 现对管道流量进行核算。 由上述计算结果， 根据式 6.3.8-2 计算孔板的阻力系数。 对四块孔板的阻力系数分别为 68.89、 33.81、13.89 和 5.78，于是管道的总阻力系数为 126.87。根据式 6.3.3-3 计算管道的临界比 容比为 c =11.868，根据式 6.6.4-8 计算管道的临界压力比为 c =12.663，临界压力比大于管
1.135，求得 c =2.596。
根据式 6.3.4-8 计算临界压力比 c ，求得 c =2.745。
由上述计算结果可知，管内介质为临界流动，末端的压力将达到临界压力 p c ，由临界压力 比可求得 p c 为 2.186MP，高于环境压力（背压） 。同时由临界比容比可求得管道末端临界比 容 c 为 0.0841 m3/kg。 管道的临界质量流速通过式 6.3.4-19 计算， 这是规范里面的描述 （原文公式有错误， 已修改） ， 而公式中滞止参数的求解需要已知介质的质量流速， 实际上从规范中不难发现， 临界质量流 速可以通过式 6.3.3-1 来求解，两个式子是等效的。另外，式 6.3.3-1 中，根号部分其实就是
解： 根据已知描述，管道的始端压力 p1=6MP，末端环境压力 p2=1MP，管道始端的介质比容 1 为 0.0324m3/kg 。为了判断气流是临界还是压临界，先计算管道始端和末端环境压力之比
p1 p 2 6 。根据式 6.3.3-3 计算临界比容比 c ，介质为干饱和蒸汽，绝热指数 k 取
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临界流速（见式 6.3.3-4 或 6.3.3-5） ，原文中式 6.3.3-5 根号里面多了 2，是错误的。将以下若
干计算式整理后，可以导出临界流量的便捷计算式 m
kp c c ，根据以上的结果可以
求得临界质量流速为 5431.565kg/m2s ，由管道的内径求得临界质量流量为 10.66kg/s ，即 38.393t/h。管道末端的流速即临界流速为 456.79m/s，管道始端的流速为 175.9m/s，流速远 高于 30~50m/s 范围，因此考虑加入限流孔板限制管道的流速。
蒸汽管道水力计算 （参考标准《DL/T 5054-1996 火力发电厂汽水管道设计技术规范》 、 《HG/T 20570.15-95 管路限流孔板的设置》 ）
问题描述：一根无缝钢管，内径为 50mm，总阻力系数为 t =4.5，钢管一端连接 6MP 的干饱和蒸汽压力容器，另一端连接 1MP 的容器，进行设计计算，使得管道的流速控 制在 30~50m/s 范围内。 （以上压力均为绝对压力）
这里需要指出的是，加入孔板后，管道的主要流速降到 40m/s，管道末端的流速依然很高， 为 240m/s。该算例仅仅为了说明计算过程，实际应用中还需要根据流速要求重新进行设计 计算。
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孔板能起到“憋压”的作用，及孔板上游的管道压降较小，流速较低，下游相应的变化量较 大。因此，孔板通常安装于管道靠后位置。这里，暂定需要将管道的流速限制在 40m/s（应 指的是上游的管道） 。由于上游的介质压力变化不大，介质比容按管道始端比容取值。则可 求得管道的质量流量为 2.424kg/s，即 8726.4kg/h，质量流速 1234.568 kg/m2s，相应的动压力 按式 6.1.9-2 计算，求得动压为 24691.32Pa。按式 6.2.4 计算上游的压损，由于管道上游占主 要长度，总阻力系数取 4，求得压损为 98765.28Pa，则孔板前压力为 5901235Pa，压损与管 道始端的压力比为 0.0165，小于 0.1，因此按式 6.2.4 计算的压降可以接受，无需进行修正。
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孔板的阻力系数通过式 6.3.8-2 计算，需要计算孔板前后的压差。由于孔板临近管道末端， 因此孔板后压力以管道末端压力计，为 1MPa，管道末端与孔板前压力比为 1/5.90=0.165， 小于临界压力比 0.58。因此若采用单块孔板，流动达到临界状态，孔板后压力达不到背压。 所以， 需要多块孔板才能将压力将到背压 1MPa， 此时多块孔板的前后总压差为 4901235Pa。 孔板的数量通过式 3.0.2-1 计算，求得 n=3.26，因此需要 4 块孔板来限流。每块孔板后的压 力 通 过 式 3.0.2-2 计 算 ， 分 别 为 P2-1=3786232Pa 、 P2-2=2429246Pa 、 P2-3=1558604Pa 、 P2-4=1000000Pa。