管道内燃气流动的基本方程

1、2022-1-13管道内燃气流动的基本方程1第五章第五章 燃气管网的水力计算燃气管网的水力计算n第一节第一节 管道内燃气流动的基本方程式管道内燃气流动的基本方程式n第二节第二节 燃气管道水力计算公式和图表燃气管道水力计算公式和图表n第三节第三节 燃气分配管网计算流量燃气分配管网计算流量 n第四节第四节 管网水力计算管网水力计算2009级油气储运 城市燃气配送城市燃气配送2022-1-13管道内燃气流动的基本方程2n一、不稳定流动方程式一、不稳定流动方程式n二、稳定流动方程式二、稳定流动方程式n三、燃气管道的摩擦阻力系数三、燃气管道的摩擦阻力系数第一节第一节 管道内燃气流动的基本方程式管道内燃气

2、流动的基本方程式2022-1-13管道内燃气流动的基本方程3方程组方程组n由运动方程（由运动方程（4-34-3）、连续性方程）、连续性方程（4-64-6）和状态方程（）和状态方程（4-74-7）组成的方）组成的方程组程组n可用来求得在燃气管道中任一断面可用来求得在燃气管道中任一断面x x和任一时间和任一时间的气流参数的气流参数P P、和和W W。n这一方程组为这一方程组为 2022-1-13管道内燃气流动的基本方程4式4-8RTZPxWWdgxPxWW0)(02sin)()(222022-1-13管道内燃气流动的基本方程5简化后的方程组简化后的方程组n在进行燃气分配系统不稳定流工况的计在进行燃

3、气分配系统不稳定流工况的计算时，可采用简化后的方程组：算时，可采用简化后的方程组：RTZPxWCPWdxP)(2222022-1-13管道内燃气流动的基本方程6公式的应用公式的应用n上述方程组在进行线性化处理后，加上上述方程组在进行线性化处理后，加上起始条件和边界条件，起始条件和边界条件， 可采用有限元法，可采用有限元法，也可采用差分法，求得管道内燃气运动也可采用差分法，求得管道内燃气运动参数与坐标参数与坐标x x和时间和时间的关系的关系P P（x, x, ）、）、（x, x, ）和）和W W（x, x, ）。）。 2022-1-13管道内燃气流动的基本方程7二、稳定流动方程式二、稳定流动方程

4、式n 除单位时间内输量波动大的超高压天然除单位时间内输量波动大的超高压天然气长输管线，要用不稳定流进行计算外，气长输管线，要用不稳定流进行计算外，在大多数情况下，设计城市然燃气管道在大多数情况下，设计城市然燃气管道时燃气流动的不稳定性可不予考虑。时燃气流动的不稳定性可不予考虑。n实际计算中的计算流量，是按计算月中实际计算中的计算流量，是按计算月中最大小时计算流量进行的，因此，可以最大小时计算流量进行的，因此，可以按稳定流进行计算。按稳定流进行计算。 2022-1-13管道内燃气流动的基本方程81.1.稳定流计算中可以忽略的问题稳定流计算中可以忽略的问题n稳定流计算中，将某一时间段，管内燃气流量

5、看作稳定流，即参数不随时间而变化，即000WP2022-1-13管道内燃气流动的基本方程92.2.稳定流基本方程组稳定流基本方程组n进行简化后，可得稳定流基本方程组进行简化后，可得稳定流基本方程组4-10RTZPconstWWddxdP222022-1-13管道内燃气流动的基本方程103.3.对方程进行预处理对方程进行预处理n由连续性方程得式4-11n式中 M质量流量；n Q0标准状况下的体积流量0000QFWWFM2022-1-13管道内燃气流动的基本方程11将式4-11改写n由此得式4-12：FQWFQW0000200202FQW2022-1-13管道内燃气流动的基本方程12由状态方程可得

6、式4-130000ZPTTZP2022-1-13管道内燃气流动的基本方程13n将n和n代入200202FQW0000ZPTTZP22WddxdP2022-1-13管道内燃气流动的基本方程14可得式4-14dxZZTTPdQPdP000052022162022-1-13管道内燃气流动的基本方程15对上式进行积分：LPPdxZZTTPdQPdP000005202216212022-1-13管道内燃气流动的基本方程16得：得：4.4.燃气管道的基本计算公式燃气管道的基本计算公式LZZTTPdQPP0000520222162. 12022-1-13管道内燃气流动的基本方程17符号的意义：nP1管道起点

7、燃气的绝对压力，Pa； P2管道终点燃气的绝对压力，Pa;nP0标准大气压，P0=101325Pa；n燃气管道的水利摩阻系数；nQ0燃气管道的计算流量，Nm3/s；nd燃气管道的内径，m；2022-1-13管道内燃气流动的基本方程18n0标准状况下燃气管道的密度，kg/Nm3；nT燃气的绝对温度，K；nT0标准状态绝对温度，T0=273.15K；nZ燃气的压缩因子；nZ0标准状况下燃气的压缩因子；Z0=1nL燃气管道的计算长度，m。 2022-1-13管道内燃气流动的基本方程19用于计算低压燃气管道时式用于计算低压燃气管道时式4-154-15可予以简化。可予以简化。 mPPPPPPPPPPP2

8、22)(21212122212022-1-13管道内燃气流动的基本方程20 对于低压燃气管道，认为对于低压燃气管道，认为P Pm m=P=P0 0, ,代入代入4-15,4-15,可得可得 n5.5.低压燃气管道基本计算公式：低压燃气管道基本计算公式：LZZTTdQLZZTTPPdQPPPm00052000005202181. 0262. 12022-1-13管道内燃气流动的基本方程216.高、中压管道的基本计算公式n考虑城市燃气管道的压力一般都在1.6MPa以下，ZZ0=1,则n中高压管道的计算公式变为： 005201022211027. 1TTdQLPP2022-1-13管道内燃气流动的基

9、本方程22nP1管道起点燃气的绝对压力，kPa；n P2管道终点燃气的绝对压力，kPa;n燃气管道的水利摩阻系数；nQ0燃气管道的计算流量，Nm3/h；nd燃气管道的内径，mm；n0标准状况下燃气管道的密度，kg/Nm3；nT燃气的绝对温度，K；nT0标准状态绝对温度，T0=273.15K；nZ燃气的压缩因子；nL燃气管道的计算长度，km。2022-1-13管道内燃气流动的基本方程237.低压管道的基本计算公式4-180052071026. 6TTdQLP2022-1-13管道内燃气流动的基本方程24符号意义nP管道起点燃气的绝对压力，Pa；n燃气管道的水利摩阻系数；nQ0燃气管道的计算流量，

10、Nm3/h；nd燃气管道的内径，m；n0标准状况下燃气管道的密度，kg/Nm3；nT燃气的绝对温度，K；nT0标准状态绝对温度，T0=273.15K；nL燃气管道的计算长度，m。 2022-1-13管道内燃气流动的基本方程25三、燃气管道的水力摩阻系数三、燃气管道的水力摩阻系数n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；n其数值与燃气在管内的流动状况、燃气性质、管道材质（管道内壁粗糙度）及连接方法、安装质量有关。n是雷诺数Re和相对粗糙度的函数 df Re,2022-1-13管道内燃气流动的基本方程26雷诺数dwRe 2022-1-13管道内燃气流动的基本方程27管壁粗糙度n由于

11、制管及焊接及安装过程中的种种原因，管内壁难免是凹凸不平的n一般用绝对当量粗糙度和相对当量粗糙度来描述管壁的粗糙度n绝对当量粗糙度是指管内壁凸起高度的统计平均值。n相对当量粗糙度是绝对当量粗糙度与管道的内半径之比。2022-1-13管道内燃气流动的基本方程28流态划分与边界雷诺数n流体在管路中的流态划分为两大类：层流和紊流。定。度状态，运动状态不稳紊流的过临界区，从层流过度为流动；平行于管轴作有规则的点管壁上的凸起，流体质边界层很厚完全盖住了处有边界层存在，层流，特点是靠近管壁,3500Re21002100,Re2022-1-13管道内燃气流动的基本方程29流态划分与边界雷诺数n流体在管路中的流

12、态划分为两大类：层流和紊流。阻力平方区。第二边界雷诺数；混合磨擦区，第一边界雷诺数；紊流光滑区，紊流，又分为三个区：,Re2Re,)D2k(11Re2,Re2ReRe1,)D2k(59.7Re1,Re1Re35003500, Re5 . 17/82022-1-13管道内燃气流动的基本方程301.层流区n在层流区（Re2100）,摩阻系数值仅与雷诺数有关，可用式4-19计算：n n式中 nRe雷诺数，；nd管道内径，m；nw燃气流动断面的平均流速，m/s；n运动粘度，m/s2 Re642022-1-13管道内燃气流动的基本方程312.临界区n当21003500时则为紊流区。时则为紊流区。n紊流区

13、包括水力光滑区、紊流过渡区紊流区包括水力光滑区、紊流过渡区（混合摩擦区）和阻力平方区。（混合摩擦区）和阻力平方区。n紊流区情况复杂，公式具有多种多样，紊流区情况复杂，公式具有多种多样，可分为通用公式和专用公式。可分为通用公式和专用公式。2022-1-13管道内燃气流动的基本方程333.紊流区通用公式n柯列勃洛克公式式（4-21）Re51. 27 . 3lg21d2022-1-13管道内燃气流动的基本方程343.紊流区通用公式n阿里特苏里公式式4-22n是柯列勃洛克公式的一种简化形式。n式中 d管道内径，mm；n 管道内壁粗糙度，mm。钢管一般取=0.10.2mm，塑料管一般取=0.01mm。

14、25. 0Re6811. 0d2022-1-13管道内燃气流动的基本方程353.3.紊流区紊流区通用公式通用公式n 谢维列夫公式 n它是适用于新铸铁管紊流区的综合公式n n式中 m系数，当铸铁管为正常规格的长度时，m=0.284。n 则上式可写成 mmmBdARe112022-1-13管道内燃气流动的基本方程363.紊流区通用公式n公式中 d管道内径，m。284. 07284. 0284. 01284. 01Re3633. 010089. 2Re75. 00125. 0dd2022-1-13管道内燃气流动的基本方程373.紊流区专用公式n水力光滑区nA.尼古拉兹公式n当 时，其摩阻系数为n式4

15、-2565103Re10237. 0Re0221. 00032. 02022-1-13管道内燃气流动的基本方程383.紊流区专用公式n当 时，n摩阻系数的半经验公式为式4-26n 782 .22Re4000d8 . 0)lg(Re212022-1-13管道内燃气流动的基本方程393.紊流区专用公式nB.谢维列夫公式n对于新钢管采用式4-27284. 021Re25. 0KK2022-1-13管道内燃气流动的基本方程403.紊流区专用公式n对于新铸铁管，当 时采用式4-28610176. 0W284. 01Re77. 0K2022-1-13管道内燃气流动的基本方程413.紊流区专用公式n过渡区nA.谢维列夫公式n对于新钢管，当 时采用4-29式：6104 . 2W226. 06226. 021109 . 123. 0WdKK2022-1-13管道内燃气流动的基本方程423.紊流区专用公式n对于新铸铁管，当 时采用式4-306107 . 2W284. 06284. 011055. 075. 0WdK2022-1-13管道内燃气流动的基本方程433.紊流区专用公式n尼古拉兹公式 n当 时，采用4-3189597Red27 . 3lg21d2022-1-13管道内燃气流动的基本方程443.紊流区专用公式nB.谢维列夫公式n对于新钢管，当 时采用式4-326104 . 2W226. 02