水力计算课件.ppt

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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第二节城市燃气管道水力计算公式和计算图表第三节燃气分配管道计算流量第四节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、管道内燃气流动的特点二、管道内流动类型三、燃气流动基本方程四、燃气管道的摩擦阻力系数一、管道内燃气流动的特点1、燃气流动状态参数反映静态气体状态的参数：压力、温度、密度反映流动气体状态的参数：压力P、密度、温度、流速燃气管道处在土壤或大气的环境中，认为流动过程中摩擦产生的热量被周围环境吸收，燃气流动为等温流动。因此主要考虑的流

2、动状态参数为压力、密度和流速。一、管道内燃气流动的特点2、稳定流动与不稳定流动气体的流动状态参数不随时间变化的流动过程称为稳定流动。相反气体的流动状态参数不但随管道长度变化，而且，随着时间发生变化的流动称为不稳定流动。管网中燃气的流动，由于用户用气量、气源供应量等都随时间变化，决定了其具有不稳定流动的特点。在输气量波动大的长输管线中，采用不稳定流模型计算。而在城市管网的工程设计中，视为稳定流动。一、管道内燃气流动的特点3、流体的可压缩性随着管道内沿程压力的下降，燃气的密度也在减小，因此，燃气是可压缩流体。

3、在低压管道内，由于密度的变化可忽略不计，视为不可压缩流体。二、管道流动类型1、雷诺数用来描述气体流动状态的无量纲数，是气体流动的惯性力与内摩擦力之比。由气体性质、气体流速和管道内径来决定。二、管道流动类型2、层流（Re<2100）出现在理想的光滑管内且雷诺数很小（小于2100）的情况，此时可认为流体分层相互滑动，内流层比外流层的流速快。流动的摩擦阻力取决于流速梯度和流体的粘性。3、部分紊流（Re=2100~3500）当管道内的流量超过了一定限度，流线中部将发展成涡流，层流状态被破坏。紧挨着管壁有一层流层，

4、即边界层。流动的摩擦阻力是由于层流层粘性效应并依赖于雷诺数。二、管道流动类型4、完全紊流（Re>3500）当流量进一步增大，涡流向外扩展，层流层朝管壁方向缩小，当层流层小到使管壁粗糙度能影响中部的紊流流动时，称为完全紊流。流动的摩擦阻力取决于管壁的粗糙度。流量继续增大，阻力将与雷诺数无关而仅依赖于管道特征。三、燃气流动基本方程1、不稳定流动基本方程（1）连续性方程－质量守恒定律微元体Fdx内燃气质量随时间的增量为时间内流入、流出量之差。三、燃气流动基本方程（2）运动方程－牛顿第二定律微元体动量的改变量等于

5、作用于该微元体上所有力的冲量之和。（3）气体状态方程三、燃气流动基本方程(4)方程组的简化运动方程中的惯性项只在管道中燃气流量随时间变化极大时才有意义，对流项只在燃气流速极大时才有意义。管道中燃气流速通常不大于20－40M/S，且流量变化的程度不太大，因此，此两项可忽略。另外，重力项也可忽略。三、燃气流动基本方程（5）方程组的求解采用有限元法或差分法对方程组进行线形化处理。对每根管段有两个线性方程，加上节点平衡方程，边界条件和起始条件，联合求解线性方程组，得到每根管段单元的压力和流量。三、燃气流动基本方程

6、2、稳定流动基本方程（1）连续性方程－质量守恒定律微元体的流入和流出燃气质量相等。对可压缩流体，密度是个变量，因此，燃气流动的速度也是变量。对不可压缩流体，密度是常数，燃气流速也是常数。三、燃气流动基本方程（2）方程组的求解整理上式并积分得，三、燃气流动基本方程(3)低压管道内燃气流动方程低压管道内的燃气，因为压力接近于大气压，为不可压缩流体，密度保持不变，流速也为常数。代入运动方程并积分得，四、燃气管道的摩擦阻力系数摩擦阻力系数是反映管内燃气流动摩擦阻力的一个无因次系数，其数值与燃气在管道内的流动状况、

7、燃气性质、管道材质、及连接方法、安装质量有关。是雷诺数和相对粗糙度的函数。在层流和部分紊流时，只与雷诺数有关。1、层流区公式，2、临界区公式，四、燃气管道的摩擦阻力系数3、紊流区公式摩擦阻力系数的确定是影响计算精度的主要因素，它是一个经验数据，通过很多实验而得出，由于实验条件不同，气体在管道内流动状态不同及管道内壁光滑程度的差异，各国科学家得出不同的结果，在计算中很难确定。普遍采用的是柯列勃洛克公式和阿里特苏里公式，柯列勃洛克公式是至今世界各国广泛采用的一个经典公式。此公式是个隐函数公式，需应用计算机求解

8、。四、燃气管道的摩擦阻力系数3、紊流区公式阿里特苏里公式是另一个通用的公式，它是显函数公式，比较容易求解。阿里特苏里公式和柯列勃洛克公式的偏差值在5％以内，基本认为计算结果是一致的。第二节城市燃气管道水力计算公式和计算图表一、低压燃气管道的水力计算公式1、层流状态公式（Re<2100）2、临界状态公式（Re＝2100－3500）3、紊流状态公式（Re>3500）二、高中压燃气管道水力计算公式在相同流量、相同管径、相同长度的情况