1、2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程1第五章第五章 燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力計(jì)算燃?xì)夤芫W(wǎng)的水力計(jì)算n第一節(jié)第一節(jié) 管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程式管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程式n第二節(jié)第二節(jié) 燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式和圖表燃?xì)夤艿浪τ?jì)算公式和圖表n第三節(jié)第三節(jié) 燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)計(jì)算流量燃?xì)夥峙涔芫W(wǎng)計(jì)算流量 n第四節(jié)第四節(jié) 管網(wǎng)水力計(jì)算管網(wǎng)水力計(jì)算2009級(jí)油氣儲(chǔ)運(yùn) 城市燃?xì)馀渌统鞘腥細(xì)馀渌?022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程2n一、不穩(wěn)定流動(dòng)方程式一、不穩(wěn)定流動(dòng)方程式n二、穩(wěn)定流動(dòng)方程式二、穩(wěn)定流動(dòng)方程式n三、燃?xì)夤艿赖哪Σ磷枇ο禂?shù)三、燃?xì)夤艿赖哪Σ磷枇ο禂?shù)第一節(jié)第一節(jié) 管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程式管道內(nèi)燃?xì)?/p>

2、流動(dòng)的基本方程式2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程3方程組方程組n由運(yùn)動(dòng)方程（由運(yùn)動(dòng)方程（4-34-3）、連續(xù)性方程）、連續(xù)性方程（4-64-6）和狀態(tài)方程（）和狀態(tài)方程（4-74-7）組成的方）組成的方程組程組n可用來(lái)求得在燃?xì)夤艿乐腥我粩嗝婵捎脕?lái)求得在燃?xì)夤艿乐腥我粩嗝鎥 x和任一時(shí)間和任一時(shí)間的氣流參數(shù)的氣流參數(shù)P P、和和W W。n這一方程組為這一方程組為 2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程4式4-8RTZPxWWdgxPxWW0)(02sin)()(222022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程5簡(jiǎn)化后的方程組簡(jiǎn)化后的方程組n在進(jìn)行燃?xì)夥峙湎到y(tǒng)不穩(wěn)定流工況的計(jì)在進(jìn)行燃

3、氣分配系統(tǒng)不穩(wěn)定流工況的計(jì)算時(shí)，可采用簡(jiǎn)化后的方程組：算時(shí)，可采用簡(jiǎn)化后的方程組：RTZPxWCPWdxP)(2222022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程6公式的應(yīng)用公式的應(yīng)用n上述方程組在進(jìn)行線性化處理后，加上上述方程組在進(jìn)行線性化處理后，加上起始條件和邊界條件，起始條件和邊界條件， 可采用有限元法，可采用有限元法，也可采用差分法，求得管道內(nèi)燃?xì)膺\(yùn)動(dòng)也可采用差分法，求得管道內(nèi)燃?xì)膺\(yùn)動(dòng)參數(shù)與坐標(biāo)參數(shù)與坐標(biāo)x x和時(shí)間和時(shí)間的關(guān)系的關(guān)系P P（x, x, ）、）、（x, x, ）和）和W W（x, x, ）。）。 2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程7二、穩(wěn)定流動(dòng)方程式二、穩(wěn)定流動(dòng)方程

4、式n 除單位時(shí)間內(nèi)輸量波動(dòng)大的超高壓天然除單位時(shí)間內(nèi)輸量波動(dòng)大的超高壓天然氣長(zhǎng)輸管線，要用不穩(wěn)定流進(jìn)行計(jì)算外，氣長(zhǎng)輸管線，要用不穩(wěn)定流進(jìn)行計(jì)算外，在大多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)城市然燃?xì)夤艿涝诖蠖鄶?shù)情況下，設(shè)計(jì)城市然燃?xì)夤艿罆r(shí)燃?xì)饬鲃?dòng)的不穩(wěn)定性可不予考慮。時(shí)燃?xì)饬鲃?dòng)的不穩(wěn)定性可不予考慮。n實(shí)際計(jì)算中的計(jì)算流量，是按計(jì)算月中實(shí)際計(jì)算中的計(jì)算流量，是按計(jì)算月中最大小時(shí)計(jì)算流量進(jìn)行的，因此，可以最大小時(shí)計(jì)算流量進(jìn)行的，因此，可以按穩(wěn)定流進(jìn)行計(jì)算。按穩(wěn)定流進(jìn)行計(jì)算。 2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程81.1.穩(wěn)定流計(jì)算中可以忽略的問(wèn)題穩(wěn)定流計(jì)算中可以忽略的問(wèn)題n穩(wěn)定流計(jì)算中，將某一時(shí)間段，管內(nèi)燃?xì)饬髁?/p>

5、看作穩(wěn)定流，即參數(shù)不隨時(shí)間而變化，即000WP2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程92.2.穩(wěn)定流基本方程組穩(wěn)定流基本方程組n進(jìn)行簡(jiǎn)化后，可得穩(wěn)定流基本方程組進(jìn)行簡(jiǎn)化后，可得穩(wěn)定流基本方程組4-10RTZPconstWWddxdP222022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程103.3.對(duì)方程進(jìn)行預(yù)處理對(duì)方程進(jìn)行預(yù)處理n由連續(xù)性方程得式4-11n式中 M質(zhì)量流量；n Q0標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量0000QFWWFM2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程11將式4-11改寫n由此得式4-12：FQWFQW0000200202FQW2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程12由狀態(tài)方程可得

6、式4-130000ZPTTZP2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程13n將n和n代入200202FQW0000ZPTTZP22WddxdP2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程14可得式4-14dxZZTTPdQPdP000052022162022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程15對(duì)上式進(jìn)行積分：LPPdxZZTTPdQPdP000005202216212022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程16得：得：4.4.燃?xì)夤艿赖幕居?jì)算公式燃?xì)夤艿赖幕居?jì)算公式LZZTTPdQPP0000520222162. 12022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程17符號(hào)的意義：nP1管道起點(diǎn)

7、燃?xì)獾慕^對(duì)壓力，Pa； P2管道終點(diǎn)燃?xì)獾慕^對(duì)壓力，Pa;nP0標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，P0=101325Pa；n燃?xì)夤艿赖乃ψ柘禂?shù)；nQ0燃?xì)夤艿赖挠?jì)算流量，Nm3/s；nd燃?xì)夤艿赖膬?nèi)徑，m；2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程18n0標(biāo)準(zhǔn)狀況下燃?xì)夤艿赖拿芏龋琸g/Nm3；nT燃?xì)獾慕^對(duì)溫度，K；nT0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對(duì)溫度，T0=273.15K；nZ燃?xì)獾膲嚎s因子；nZ0標(biāo)準(zhǔn)狀況下燃?xì)獾膲嚎s因子；Z0=1nL燃?xì)夤艿赖挠?jì)算長(zhǎng)度，m。 2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程19用于計(jì)算低壓燃?xì)夤艿罆r(shí)式用于計(jì)算低壓燃?xì)夤艿罆r(shí)式4-154-15可予以簡(jiǎn)化。可予以簡(jiǎn)化。 mPPPPPPPPPPP2

8、22)(21212122212022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程20 對(duì)于低壓燃?xì)夤艿溃J(rèn)為對(duì)于低壓燃?xì)夤艿溃J(rèn)為P Pm m=P=P0 0, ,代入代入4-15,4-15,可得可得 n5.5.低壓燃?xì)夤艿阑居?jì)算公式：低壓燃?xì)夤艿阑居?jì)算公式：LZZTTdQLZZTTPPdQPPPm00052000005202181. 0262. 12022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程216.高、中壓管道的基本計(jì)算公式n考慮城市燃?xì)夤艿赖膲毫σ话愣荚?.6MPa以下，ZZ0=1,則n中高壓管道的計(jì)算公式變?yōu)椋?005201022211027. 1TTdQLPP2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基

9、本方程22nP1管道起點(diǎn)燃?xì)獾慕^對(duì)壓力，kPa；n P2管道終點(diǎn)燃?xì)獾慕^對(duì)壓力，kPa;n燃?xì)夤艿赖乃ψ柘禂?shù)；nQ0燃?xì)夤艿赖挠?jì)算流量，Nm3/h；nd燃?xì)夤艿赖膬?nèi)徑，mm；n0標(biāo)準(zhǔn)狀況下燃?xì)夤艿赖拿芏龋琸g/Nm3；nT燃?xì)獾慕^對(duì)溫度，K；nT0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對(duì)溫度，T0=273.15K；nZ燃?xì)獾膲嚎s因子；nL燃?xì)夤艿赖挠?jì)算長(zhǎng)度，km。2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程237.低壓管道的基本計(jì)算公式4-180052071026. 6TTdQLP2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程24符號(hào)意義nP管道起點(diǎn)燃?xì)獾慕^對(duì)壓力，Pa；n燃?xì)夤艿赖乃ψ柘禂?shù)；nQ0燃?xì)夤艿赖挠?jì)算流量，

10、Nm3/h；nd燃?xì)夤艿赖膬?nèi)徑，m；n0標(biāo)準(zhǔn)狀況下燃?xì)夤艿赖拿芏龋琸g/Nm3；nT燃?xì)獾慕^對(duì)溫度，K；nT0標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對(duì)溫度，T0=273.15K；nL燃?xì)夤艿赖挠?jì)算長(zhǎng)度，m。 2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程25三、燃?xì)夤艿赖乃δψ柘禂?shù)三、燃?xì)夤艿赖乃δψ柘禂?shù)n摩擦阻力系數(shù)是反映管內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)摩擦阻力的一個(gè)無(wú)因次系數(shù)；n其數(shù)值與燃?xì)庠诠軆?nèi)的流動(dòng)狀況、燃?xì)庑再|(zhì)、管道材質(zhì)（管道內(nèi)壁粗糙度）及連接方法、安裝質(zhì)量有關(guān)。n是雷諾數(shù)Re和相對(duì)粗糙度的函數(shù) df Re,2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程26雷諾數(shù)dwRe 2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程27管壁粗糙度n由于

11、制管及焊接及安裝過(guò)程中的種種原因，管內(nèi)壁難免是凹凸不平的n一般用絕對(duì)當(dāng)量粗糙度和相對(duì)當(dāng)量粗糙度來(lái)描述管壁的粗糙度n絕對(duì)當(dāng)量粗糙度是指管內(nèi)壁凸起高度的統(tǒng)計(jì)平均值。n相對(duì)當(dāng)量粗糙度是絕對(duì)當(dāng)量粗糙度與管道的內(nèi)半徑之比。2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程28流態(tài)劃分與邊界雷諾數(shù)n流體在管路中的流態(tài)劃分為兩大類：層流和紊流。定。度狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)紊流的過(guò)臨界區(qū)，從層流過(guò)度為流動(dòng)；平行于管軸作有規(guī)則的點(diǎn)管壁上的凸起，流體質(zhì)邊界層很厚完全蓋住了處有邊界層存在，層流，特點(diǎn)是靠近管壁,3500Re21002100,Re2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程29流態(tài)劃分與邊界雷諾數(shù)n流體在管路中的流

12、態(tài)劃分為兩大類：層流和紊流。阻力平方區(qū)。第二邊界雷諾數(shù)；混合磨擦區(qū)，第一邊界雷諾數(shù)；紊流光滑區(qū)，紊流，又分為三個(gè)區(qū)：,Re2Re,)D2k(11Re2,Re2ReRe1,)D2k(59.7Re1,Re1Re35003500, Re5 . 17/82022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程301.層流區(qū)n在層流區(qū)（Re2100）,摩阻系數(shù)值僅與雷諾數(shù)有關(guān)，可用式4-19計(jì)算：n n式中 nRe雷諾數(shù)，；nd管道內(nèi)徑，m；nw燃?xì)饬鲃?dòng)斷面的平均流速，m/s；n運(yùn)動(dòng)粘度，m/s2 Re642022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程312.臨界區(qū)n當(dāng)21003500時(shí)則為紊流區(qū)。時(shí)則為紊流區(qū)。n紊流區(qū)

13、包括水力光滑區(qū)、紊流過(guò)渡區(qū)紊流區(qū)包括水力光滑區(qū)、紊流過(guò)渡區(qū)（混合摩擦區(qū)）和阻力平方區(qū)。（混合摩擦區(qū)）和阻力平方區(qū)。n紊流區(qū)情況復(fù)雜，公式具有多種多樣，紊流區(qū)情況復(fù)雜，公式具有多種多樣，可分為通用公式和專用公式。可分為通用公式和專用公式。2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程333.紊流區(qū)通用公式n柯列勃洛克公式式（4-21）Re51. 27 . 3lg21d2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程343.紊流區(qū)通用公式n阿里特蘇里公式式4-22n是柯列勃洛克公式的一種簡(jiǎn)化形式。n式中 d管道內(nèi)徑，mm；n 管道內(nèi)壁粗糙度，mm。鋼管一般取=0.10.2mm，塑料管一般取=0.01mm。

14、25. 0Re6811. 0d2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程353.3.紊流區(qū)紊流區(qū)通用公式通用公式n 謝維列夫公式 n它是適用于新鑄鐵管紊流區(qū)的綜合公式n n式中 m系數(shù)，當(dāng)鑄鐵管為正常規(guī)格的長(zhǎng)度時(shí)，m=0.284。n 則上式可寫成 mmmBdARe112022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程363.紊流區(qū)通用公式n公式中 d管道內(nèi)徑，m。284. 07284. 0284. 01284. 01Re3633. 010089. 2Re75. 00125. 0dd2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程373.紊流區(qū)專用公式n水力光滑區(qū)nA.尼古拉茲公式n當(dāng) 時(shí)，其摩阻系數(shù)為n式4

15、-2565103Re10237. 0Re0221. 00032. 02022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程383.紊流區(qū)專用公式n當(dāng) 時(shí)，n摩阻系數(shù)的半經(jīng)驗(yàn)公式為式4-26n 782 .22Re4000d8 . 0)lg(Re212022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程393.紊流區(qū)專用公式nB.謝維列夫公式n對(duì)于新鋼管采用式4-27284. 021Re25. 0KK2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程403.紊流區(qū)專用公式n對(duì)于新鑄鐵管，當(dāng) 時(shí)采用式4-28610176. 0W284. 01Re77. 0K2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程413.紊流區(qū)專用公式n過(guò)渡區(qū)nA.謝維列夫公式n對(duì)于新鋼管，當(dāng) 時(shí)采用4-29式：6104 . 2W226. 06226. 021109 . 123. 0WdKK2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程423.紊流區(qū)專用公式n對(duì)于新鑄鐵管，當(dāng) 時(shí)采用式4-306107 . 2W284. 06284. 011055. 075. 0WdK2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程433.紊流區(qū)專用公式n尼古拉茲公式 n當(dāng) 時(shí)，采用4-3189597Red27 . 3lg21d2022-1-13管道內(nèi)燃?xì)饬鲃?dòng)的基本方程443.紊流區(qū)專用公式nB.謝維列夫公式n對(duì)于新鋼管，當(dāng) 時(shí)采用式4-326104 . 2W226. 02