第六章燃气管网的水力计算

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1、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我们先看以下燃气管道计算的不稳定流动方程。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是不稳定流，管道内燃气的压力和流量在流动过程中都会发生变化，除此之外，随着管道内沿程压力的下降燃气的密度也在减小，而管道内燃气的温度可以认为是不变的，其温度等于管道周围土壤的温度。这样，决定燃气流动状态的参数为：压力P，流速w和密度，他们均随燃气流动的距离和时间而变化。是距离L和时间的函数，即为了求得燃气流动的状态参数P，w和，必须借助于运动方程，连续性方程和

2、状态方程三个方程。对管道内的燃气列出运动方程和连续性方程，再将其与状态方程组合，可以得到求解管道内燃气流动的基本方程式：其中指的是燃气管道对水平面的倾斜角。为摩阻系数，d是燃气管道的内径。从理论上讲，该式可用来求解在燃气管道中任意断面x和任一时间的气流参数P，和流速w，但实际上这一组非线性偏微分方程组很难求解析解，在工程上常可忽略某些对计算结果影响不大的项，并对该方程组进行线性简化，可求得近似解。到简化后的方程组为：其中c为声速上式即为简化后的燃气管道不稳定流动方程组，但在实际生产和生活中，该方程的应用并不多，除了单位

3、时间内输气量波动大的超高压天然气长输管线要用到上面的不稳定流进行计算外，设计城市燃气管道时燃气流动的不稳定性可以不考虑。因此我们下面主要讲一下燃气管到计算的稳定流动方程式。二、稳定流动方程式通常在城市燃气管网工程设计中，将某一小段时间内（如一小时或一天）的管内流动作为稳定流动，认为各运动参数P，w和不随时间变化。这样这三个参数对时间的偏导数都等于0，即将他们带入不稳定流动方程组，然后进行适当简化积分后可得稳定流动燃气管计算的公式：该方程可以用来计算高压和低压燃气管道。其中P1是管道起始端管内燃气的绝对压力Pa，P2是L

4、处管道内燃气的绝对压力Pa，为摩阻系数，Q0为燃气管道的计算流量Nm3/s，d是管道内径m，为燃气的密度kg/Nm3P0为标准大气压，P0=101325Pa，T为燃气的温度K，T0为标准状态温度，T0=273.16KZ是燃气在管内所处温度压力下的压缩因子，Z0是燃气在标准状态下的压缩因子，将该式用于计算低压燃气管道压降时可以进行简化，Pm为管道起始端和末端压力的算数平均值，，低压管道本身压力很低，可以认为，带入稳定流动计算公式可得：若考虑城市燃气管道的压力一般在1.6MPa以下，此时可认为，并将公式中的各参数采用工程中

5、常用的单位，P的单位用kPa，L的单位采用km，流量的单位采用Nm3/h，管道内径d的单位采用mm，则低压燃气管道的计算公式为：10的7次方高中压燃气管道的计算公式为：10的10次方第三部分我们看一下计算公式中的摩阻系数三、燃气管道的摩擦阻力系数简称摩阻系数，是反映管内燃气流动摩擦阻力的一个无因次系数，与燃气在管道内的流动状况、管道材质、管道的连接方法及安装质量、燃气的性质等因素有关，是雷诺数Re和相对粗糙度的函数。雷诺数，d是管道内径m，w是燃气流动断面的平均流速m/s，v是燃气的运动粘度。下面简单介绍几个常用的计算

6、摩阻系数的经验和半经验公式。①层流区（Re≤2100）②临界区（Re=2100～3500）③紊流区（Re>3500）分三种情况，钢管，塑料管和铸铁管钢管和塑料管的摩阻系数可用下公式计算：铸铁管：其中△为管道内表面的当量绝对粗糙度，对于钢管取0.1～0.2mm，塑料管取0.01mm，第二节城市燃气管道水力计算公式和计算图表上一节我们讲了燃气管道水力计算的基本方程式，为了便于城市燃气管道的水力计算，我们通常将摩阻系数的表达式带入水力计算公式中，得到实用的计算公式或将压降与管长、流量以及管径密度等参数的关系制成计算图表进行水

7、力计算。下面我们分别讲几个低压和高中压管网水力计算的实用公式一、低压燃气管道摩擦阻力损失计算公式（一）层流区（Re≤2100）将层流区的摩阻系数计算公式带入低压燃气管道的计算公式中得到层流区的模组损失计算公式为：同样，将临界区和紊流区的摩阻系数计算式带入低压燃气管道水力计算公式中分别得到相应的计算式：（二）临界区（Re=2100～3500）（三）紊流区（Re>3500）二、高压和中压燃气管道摩擦阻力损失计算公式高压和中压燃气管道的流动流速快，基本处于紊流区，因此，将紊流区的摩阻系数计算公式带入第一节讲得高中压管道水力计

8、算公式中可分别得到钢管、塑料管和铸铁管的摩阻损失计算式：10的9次方公式中各个参数的单位采用前面讲得工程上常用的单位三、燃气管道摩擦阻力损失计算图表课本P95图6-2～6-5分别是人工燃气和天然气的高中低压钢管的水力计算图表，我们看其中的图6-2吧，图6-2是人工燃气高中压管道的水力计算图，横坐标是管道中燃气的流量，纵坐标是，图中