燃气管道局部阻力的当量长度法计算.doc

燃气管道局部阻力的当量长度法计算2009-7-28摘要：为提高燃气管网水力计算中局部阻力计算的准确度，采用当量长度法，对常用燃气分配管段进行计算，得到管段局部阻力占沿程阻力的比例。给出了不同情况下管段附件局部阻力占沿程阻力的比例的取值建议表。关键词：当量长度；局部阻力系数；局部阻力Calculation of Local Resistance of Gas Pipeline by Equivalent Length MethodLI Xing-quan，JU Xiu-feng，TIAN Guan-sanAbstract：In order to improve the calculation accuracy of local resistance in hydraulic calculation of gas network，the equivalent length method is used to calculate the usual gas distribution pipeline sections. The proportion of local resistance to the resistance along the pipeline section is obtained. The recommended table for proportion of local resistance to the resistance along the pipeline section is given.Key words：equivalent length；local resistance coefficient；local resistance 在进行城市燃气管网的水力计算时，管网的阻力计算是较为重要的部分13。管网的局部阻力一般不逐项计算，而是按燃气管道摩擦阻力的5%10%进行估算4。估算时5%10%跨度较大，往往由设计者根据经验自行取值，从而使得结果不准确，产生较大误差。因此有必要对燃气管网的局部阻力进行较为准确的计算。 采用当量长度法对管道附件进行逐项计算，得出附件产生的局部阻力占沿程阻力的比例，缩小了局部阻力的取值范围，减少了水力计算时的误差5。本文采用当量长度法对管道附件引起的局部阻力进行计算，输送介质为天然气，管材为钢管，阀门为闸阀。1 当量长度计算公式4、6用当量长度来计算局部阻力损失，各种管道附件折算成相同管径管段的当量长度可按下式确定：式中p局部阻力，Pa 计算管段中局部阻力系数之和 v管段中燃气流速，m/s 燃气的密度，kg/m3 管道的沿程阻力系数 le当量长度，m d管道内径，mm 管段的计算长度可由下式求得： 式中L管段的计算长度，m l管段的实际长度，m2 附件局部阻力系数 燃气管道附件包括三通、弯头、变径管、阀门等，其中三通、闸阀及弯头较为常见。 三通 燃气分配管段以分流三通为主7、8，分流三通简图见图1。 在进行水力计算时，局部阻力考虑三通的直流损失，即燃气经过三通时直管的阻力9，其直流阻力系数见表17。表1 三通直流阻力系数7qV,1/qV,30.900.800.700.600.500.400.300.200.100.000.000.100.450.603.503.503.504.90 由此可见，引起三通直流损失的主要因素是流出三通直管与流入三通的燃气流量之比，比值越小则局部阻力系数越大。当前后流量变化不大或支管流量较小时，局部阻力系数为0，即不产生局部阻力。 闸阀4不同直径的闸阀局部阻力系数见表2。表2 闸阀局部阻力系数d/mm501001752003000.500.250.153 燃气分配管段局部阻力分析 燃气分配管网的各管段根据连接用户的情况，可分为以下3种。 只有转输流量管段沿途不输出燃气，用户连接在管段的末端，这种管段的燃气计算流量就等于转输流量4。只有转输流量的管段见图2。 此时管道附件较少，只有少量的阀门及弯头。设管道内径为300mm，流量为500m3/h，则阀门、弯头数量及管长不同时管道附件产生的局部阻力占沿程阻力的比例见图3。 由图3可知，当管段沿途没有途泄流量，在管长保持不变时，局部阻力占沿程阻力的比例随着管段附件数量的增加而增加；管段附件数量不变时，局部阻力占沿程阻力的比例随着管段长度的增加而减少。 只有途泄流量 分配管网的管段与大量居民用户、小型公共建筑用户相连。这种管段的主要特征是：由管段始端进入的燃气在途中全部供给各个用户，即只有途泄流量4，见图4。 此时管道附件较多，以三通居多，且有少量阀门、弯头及变径管。通过当量长度法逐一计算管道附件的局部阻力，得到整条管段的局部阻力占沿程阻力的比例。 a. 情况1 设管道内径为300mm，流量为500m3/h，在管段的起始端设1个阀门，距管段两端1/3处各布置1个弯头并位于距其最近的三通之前，管段中间设1个变径管并位于距其最近的三通之前，途泄分支管均匀分布，途泄流量按分支管数量平均分配。经计算分支管数量与管长不同时局部阻力占沿程阻力的比例见图5。 b. 情况2 设管道内径为300mm，流量为500m3/h，在管段的起始端及末端各设1个阀门，距管段两端1/4处及中间各设1个弯头并位于距其最近的三通之前，管段中间设1个变径管并位于距其最近的三通之前，途泄流量按分支管数量平均分配。经计算，分支管数量与管长不同时局部阻力占沿程阻力的比例见图6。 由于途泄流量的存在，三通前后的流量比值不同，则局部阻力系数也不同。单管途泄流量越小，三通后、前的流量比值越大，则三通阻力系数越小。由于情况1、2的 途泄流量按分支管数量平均分配，分支管数量少时单管途泄流量大，三通后、前的流量比值小，阻力系数大，但由于三通数量少，因此局部阻力占沿程阻力的比例较 小。随着分支管数量的增加，三通后、前的流量比值变大，阻力系数变小。但此时管段中局部阻力系数之和大于兰通数量较少时的局部阻力系数之和，因此局部阻力 变大，局部阻力占沿程阻力的比例增加。 随着管段中阀门、弯头及变径管等附件数量的增加，局部阻力也增加。情况1中，局部阻力占沿程阻力的比例为4.5%8.7%。情况2中，阀门及弯头数量增加，局部阻力增加，局部阻力占沿程阻力的比例较情况1大，为6.1%11.3%。 经计算，当管道内径为300mm，流量为500m3/h，管段中有1个变径管时，不同附件数量在不同管长下所产生的局部阻力占沿程阻力的比例建议按表35查取。表3 管长为300m时局部阻力占沿程阻力的比例取值建议阀门数/个弯头数/个局部阻力占沿程阻力的比例/%支管数量为12个支管数量为35个支管数量6个126.57.07.58.08.09.038.59.09.010.010.011.0228.08.58.59.O9.010.0310.010.510.511.011.011.5表4 管长为400m时局部阻力占沿程阻力的比例取值建议阀门数/个弯头数/个局部阻力占沿程阻力的比例/%支管数量为12个支管数量为35个支管数量6个125.05.55.56.06.06.536.57.07.07.57.58.0225.56.06.06.56.57.036.57.07.08.08.09.0表5 管长为500m时局部阻力占沿程阻力的比例取值建议阀门数/个弯头数/个局部阻力占沿程阻力的比例/%支管数量为12个支管数量为35个支管数量6个124.04.54.55.05.05.534.55.05.56.O6.06.5224.05.05.05.55.56.035.56.06.06.56.57.0 既有转输流量又有途泄流量最常见的分配管段的供气情况是管段上既有转输流量，又有途泄流量4，见图7。 通过当量长度法逐一计算管道附件的局部阻力，得到整条管段的局部阻力占沿程阻力的比例。 a. 情况3 设管道内径为300mm，总流量为500m3/h，转输流量为200m3/h，在管段的起始端设1个阀门，距管段两端1/3处各布置1个弯头并位于距其最近的三通之前，管段中间设1个变径管并位于距其最近的三通之前，途泄流量为总流量与转输流量之差且按分支管数量平均分配。经计算，分支管数量与管长不同时局部阻力占沿程阻力的比例见图8。 b. 情况4设管道内径为300mm，总流量为500m3/h，转输流量为200m3/h，在管段的起始端及末端各设1个阀门，距管段两端1/4处及中间各设1个弯头并位于距其最近的三通之前，管段中间设1个变径管并位于距其最近的三通之前，途泄流量为总流量与转输流量之差且按分支管数量平均分配。经计算，分支管数量与管长不同时局部阻力占沿程阻力的比例见图9。 途泄分支管数量较少时，由于转输流量一定，途泄支管处三通后、前的流量比值较小，阻力系数较大，因此局部阻力占沿程阻力的比例较大；途泄分支管数量增加，途泄支管处三通后、前的流量比值较大，阻力系数减小，因此局部阻力占沿程阻力的比例较小。分支管数量在5个以上时管段中小于分支管数量为12个时的局部阻力系数之和，随着分支管数量的增加，局部阻力占沿程阻力的比例呈缓慢增加的趋势。 经计算，当管道内径为300mm，流量为500m3/h，转输流量为200m3/h，管段中有1个变径管时，不同附件数量在不同管长下所产生的局部阻力占沿程阻力的比例建议按表68查取。表6 管长为300m时局部阻力占沿程阻力的比例取值建议阀门数/个弯头数/个局部阻力占沿程阻力的比例/%支管数量为12个支管数量为34个支管数量5个127.58.05.56.05.05.539.09.57.58.07.07.5228.08.56.06.55.56.039.510.08.08.57.58.0表7 管长为400m时局部阻力占沿程阻力的比例取值建议阀门数/个弯头数/个局部阻力占沿程阻力的比例/%支管数量为12个支管数量为34个支管数量5个125.56.04.04.53.54.037.07.55.56.05.05.5226.06.54.55.04.04.537.58.06.06.55.56.0表8 管长为500m时局部阻力占沿程阻力的比例取值建议阀门数/个弯头数/个局部阻力占沿程阻力的比例/%支管数量为12个支管数量为34个支管数量5个124.04.53.03.53.03.535.56.04.04.54.04.5224.56.03.54.03.54.036.06.54.55.04.55.04 结论 燃气管网的局部阻力按燃气管道沿程阻力的5%10%进行计取，对于许多管道误差较大。通过对不同类型管道的局部阻力进行计算分析，得出不同类型的管道局部阻力取值范围，可缩小燃气管网局部阻力计算误差，使水力计算结果更加符合实际。 只有转输流量的管段，阀门数量为12个，弯头数量为2个，变径管数量为1个，管长在300m以上时，局部阻力可取沿程阻力的4%5%；管长小于300m时，局部阻力可取沿程阻力的5%7%。 只有途泄流量的管段，阀门数量为12个，弯头数量为2个，变径管数量为1个，管长在300m以上，分支管数量为12个时，局部阻力可取沿程阻力的4%6%；分支管数量为35个时，局部阻力可取沿程阻力的4.5%6.0%；分支管数量在6个以上时，局部阻力可取沿程阻力的5%7%。管长小于300m，分支管数量为12个时，局部阻力可取沿程阻力的6.5%8.5%；分支管数量为35个时，局部阻力可取沿程阻力的7.5%9.O%；分支管数量在6个以上时，局部阻力可取沿程阻力的8%10%。 既有途泄流量又有转输流量的管段，阀门数量为12个，弯头数量为2个，变径管数量为1个，管长在300m以上，分支管数量为12个时，局部阻力可取沿程阻力的4.0%6.5%；分支管数量为34个时，局部阻力可取沿程阻力的3%5%；分支管数量在5个以上时，局部阻力可取沿程阻力的3.0%4.5%。管长小于300m，分支管数量为12个时，局部阻力可取沿程阻力的7.5%8.5%；分支管数量为34个时，局部阻力可取沿程阻力的5.5%6.5%；分支管数量在5个以上时，局部阻力可取沿程阻力的5%6%。参考文献：1 秦朝葵，徐吉浣.红外燃烧器火孔沿程阻力系数的分析J.煤气与热力，2001，21(1)：10-12.2 蒋祥龙.燃气管道摩擦阻力计算的探讨J.煤气与热力，2004，24(1)：37-40.3 章金华.室外蒸汽供热管网的水力计算J.煤气与热力，2001，21(2)：162-163.4 段常贵.燃气输配(第3版)M.北京：中国建筑工业出版社，2004.5 王桂秋.管道系统中局部阻力计算J.设计与研究，2000，(2)：5-8.6 梁海荣.城市给水系统阀门调节工况下水流模拟方法研究(硕士学位论文)D.太原：太原理工大学，2005.7 席德粹，刘松林，王可仁.城市燃气管网设计与施工M.上海：上海科学技术出版社，1999.8 蔡增基，龙天渝.流体力学泵与风机M.北京：中国建筑工业出版社，2002.9 赵静野，冯颖，刘建伟.球型管接阻力特性的实验研究J.煤气与热力，2003，23(6)：333-336.流动阻力的计算流体在管道中流动，其流动阻力包括有：（1） 直管阻力：流体流经直管段时，由于克服流体的粘滞性及与管内壁间的磨擦所产生的阻力。它存在于沿流动方向的整个长度上，故也称沿程直管流动阻力。记为 。（2） 局部阻力：流体流经异形管或管件（如阀门、弯头、三通等）时，由于流动发生骤然变化引起涡流所产生的能量损失。它仅存在流体流动的某一局部范围办。记为 。因此，柏努利方程中 项应为：说明：流动阻力可用不同的方法表示，1kg质量流体流动时所损失的机械能，单位为J/kg;1N重量流体流动时所损失的机械能，单位为m;1 体积流体流动时所损失的机械能，单位为Pa或 。1. 直管段阻力（hfz）的计算流体流经直管段时，流动阻力可依下述公式计算： J/kg或 m pa式中， 磨擦阻力系数； l直管的长度（m）； d直管内直径（m）；流体密度 ；u流体在直管段内的流速（m/s）2局部阻力(hfJ)的计算 局部阻力的计算可采用阻力系数法或当量长度法进行。1） 阻力系数法：将液体克服局部阻力所产生的能量损失折合为表示其动能 若干倍的方法。其计算表达式可写出为： J/kg （a）或 m (b) pa pa (c其中， 称为局部阻力系数，通常由实验测定。下面列举几种常用的局部阻力系数的求法。 *突然扩大与突然缩小 管路由于直径改变而突然扩大或缩小，所产生的能量损失按（b）或(c)式计算。式中的流速u均以小管的流速为准，局部阻力系数可根据小管与大管的截面积之