流体输配管网课件第2章

第2章气体输配管网水力特征与水力计算2.1气体管流水力特征2.1.1气体重力管流水力特征竖管内的重力流例1：如右图示管内气体由1流向2断面，能量方程为：流体输配管网2~12221221122PvPHHgvPjaj其中：Pj1=0，Pj2=0，v1=0，上式变为：2~122122PvHHga2.1气体管流水力特征*结论：流动损失：流动损失的压力来源于进出口之间的位压。位压动力：大小取决于管道进出口高差和内外气体密度差流动方向：当密度小于室外空气密度，流动向上；当密度大于室外空气密度，流动向下。流体输配管网U形管内的重力流例2：如右图示，假设管内气体由1流向2断面，断面1和D间能量方程为：流体输配管网DDjDajPvPHHgvP~122211211122以上两式相加得：222112~12221221vPvHHg断面D和2之间的能量方程为：2~22221222222DjaDjDPvPHHgvP*结论：流动动力：U型管道内的气体流动动力取决于两竖直管段内的气体密度差（ρ1－ρ2）和管道高度（H2—H1）之积。流动方向：密度相对较大的竖管内气体下流，相对较小的竖管内气体上流。流体输配管网闭式环型管内的重力流例3：如把例2图变为右图，形成封闭循环管道，其能量方程为：流体输配管网返回lPHHg1221继续*结论：流动动力：无机械动力的闭式管道中，流动动力取决于两竖直管段内的气体密度差（ρ1－ρ2）和管道高度（H2—H1）之积。流动方向：密度相对较大的竖管内气体下流，相对较小的竖管内气体上流。流体输配管网2.1.2气体压力管流水力特征当管道内部、管道内外不存在密度差，或是水平管网，则有：g（ρa-ρ）（H2-H1）=0即位压为零，则式：流体输配管网2~12221221122PvPHHgvPjaj变为：2~122221122PvPvPjj即：2~121PPPqq结论1：位压为0的管道中，两断面之间的流动阻力等于两断面间的全压差。流体输配管网对公式：2~122221122PvPvPjj变为：221222~1122jjPvvPP*结论：当管段中没有外界动力输入时，下游断面的全压总是低于上游断面的全压；当下游断面的静压低于上游断面的静压；当两断面的静压相等当下游断面的静压大于上游断面的静压流体输配管网02221222~1vvP02221222~1vvP02221222~1vvP2.1.3压力和重力综合作用下的气体管流水力特征由流体输配管网2~11221)(PHHgPPaqq得：2~12221221122PvPHHgvPjaj12H2H1压力作用重力作用流体输配管网结论：第一项两断面之间的全压差反映压力作用；第2项位压反映重力的作用；二者综合作用，克服流动阻力ΔP1~2，维持管内流动。二者的综合作用并非总是相互加强的。若压力驱动的流动方向与位压一致，则二者淙合作用加强管内气体流动，若驱动方向相反，则由绝对值大者决定管流方向；绝对值小者实际上成为另加流动阻力。2.2流体输配管网水力计算的基本原理和方法流体输配管网流体输配管网水力计算的目的：根据要求的流量分配确定管网的管径或阻力；求得管网特性曲线，为匹配管网动力设备准备条件，进而确定动力设备或者根据已定的动力设备，确定管道尺寸。流体输配管网*流体输配管网水力计算的理论依据：流体力学一元流体流动连续性方程和能量方程及串、并联管路流动规律。动力设备提供的压力等于管网总阻力，串联管路总阻力等于各段管路阻力之和。管段中的流动阻力包括沿程阻力和局部阻力。2.1.1摩擦阻力的计算流体输配管网lRvdlPmml222其中：λ为摩阻系数，l为管长，d为管径或流速当量直径（4Rs，Rs=f/x），Rm为单位长度摩擦阻力。对高中压燃气管网（P＞10KPa）由动量方程、气体状态方程和连续方程得：lPdLPP00520222162.1（2-2-1）流体输配管网λ摩阻系数的确定：1、层流区Re＜2000eR64ldLP05202~181.02、临界区Re=2000-400030025.0eR3、紊流区Re＞400025.06811.0dKRedKRe7.351.2lg21对低压燃气管网（P≤10KPa）式2-2-1可简化为：谢维列夫公式1、新管公式新钢管公式新铸铁管公式综合公式2、旧管公式旧钢管公式旧铸铁管公式综合公式2.2.2局部阻力计算流体输配管网22vP2.2.3常用的水力计算方法*1、假定流速法先按技术经济要求选定管内流速（经济流速），再结合所输送的流量，确定管道断面尺寸，进而计算管道阻力，得出需要的动力。*2、压损平均法将已定的总资用动力，按干管长度平均分给每一管段，以此确定管段阻力，再根据每一管段的流量确定管道端面尺寸。*3、静压复得法通过改变管道断面尺寸，降低流速，克服管段阻力，维持所需的要管道内静压。水力计算步骤（假定流速法）计算前，完成管网布置，确定流量分配绘草图，编号确定流速确定管径计算各管段阻力平衡并联管路计算总阻力，计算管网特性曲线根据管网特性曲线，选择动力设备水力计算步骤（平均压损法）计算前，完成管网布置，确定流量分配绘系统图，编号，标管段L和Q，定最不利环路。根据资用动力，计算其平均Rm。根据Rm和各管段Q，确定其各管段管径。确定各并联支路的资用动力，计算其Rm。根据各并联支路Rm和各管段Q，确定其管径。水力计算步骤（静压复得法）计算前，完成管网布置确定管道上各孔口的出流速度。计算各孔口处的管内静压Pj和流量。顺流向定第一孔口处管内流速、全压和管道尺寸。计算第一孔口到第二孔口的阻力P1·2。计算第二孔口处的动压Pd2。计算第二孔口处的管内流速，确定该处的管道尺寸。以此类推，直到确定最后一个孔口处的管道断面尺寸。2.3气体输配管网的水力计算2.3.1开式枝状气体输配管网的水力计算首先完成管道布置、设备和各排送风点位置的确定；排送风点风量和各管段风量的确定计算步骤见2.2.32.3.1.1管道流速和管道断面尺寸的确定（1）绘制系统图（2）确定管内流速一般采用经济流速，表2－3－1～3（3）根据确定流速确定风管管径，计算阻力（包括摩擦阻力(沿程阻力)和局部阻力）流体输配管网2.3.1.2摩擦阻力计算选最不利环路计算阻力λ值的确定流体输配管网DKRe7.351.2lg21Rm值的计算和修正制成图表，已知流量、管径、流速、阻力四个参数中两个，可查得其余两个，是在一定条件下锝出22000vDRmRm值的计算和查取（标准状态下）：222vdRm返回流体输配管网流体输配管网返回Rm值的修正：（1）密度、运动粘度的修正1.0091.000mmRR（2）温度、大气压和热交换修正212TTKbH继续式中HBtmmKKKRR0825.027320273tKt9.03.101BKB25.0KvKkkmmKRR0（3）管壁粗糙度的修正KHBtmmKKKKRR1.0091.000流体输配管网矩形风管的摩擦阻力计算主要考虑当量直径的确定，有流速当量直径和流量当量直径（1）流速当量直径baabDv2例2-1有一表面光滑的砖砌风道（K＝3mm），断面500×400mm，L＝1m3/s，求Rm解：v＝1÷(0.4×0.5)=5m/sDv=2ab/(a+b)=444mm查图2-3-1得Rm0＝0.62Pa/mKr=(3×5)0.25=1.96Rm=1.96×0.62=1.22Pa/m25.0625.0)()(3.1baabDL（2）流量当量直径例2同例1解：v＝1÷(0.4×0.5)=5m/sDL=1.3(ab)0.625/(a+b)0.25=478mm查图2-3-1得Rm0＝0.61Pa/mKr=(3×5)0.25=1.96Rm=1.96×0.61=1.2Pa/m2.3.1.3局部阻力计算流体输配管网22vP2.3.1.4并联管路的阻力平衡（1）目的：管路风量达到预期值，力求各支路阻力相等，各管路阻力差小于15%，含尘风管小于10%（2）平衡的方法：调整管径阀门调节：225.0''PPDDζ通过查手册获得2.3.1.5计算系统总阻力和获得管网特性曲线流体输配管网2QPS（1）系统总阻力：最不利环路所有串联管路阻力之和。（2）管网特性曲线：A）B）iSS或5.05.0iSS428iiiiddlS其中：2SQP2.3.6计算例题流体输配管网例2-3如图所示通风管网。风管用钢板制作，输送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。除尘器阻力为1200Pa，对该管网进行水力计算，并获得管网特性曲线。返回[解]：流体输配管网1．对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。2．选定最不利环路，本系统选择1-3-5-除尘器-6-风机-7为最不利环路。3．根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。根据表2-3-3，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内最小风速为：垂直风管12m/s，水平风管14m/s。考虑到除尘器及风管漏风，取5％的漏风系数，管段6及7的计算风量为6300*1.05＝6615m3／h。流体输配管网返回管段1水平风管，初定流速为14m/s。根据Ql＝1500m3/h（0.42m3/s）、v1=14m/s所选管径按通风管道统一规格调整为：D1＝200mm；实际流速v1＝13.4m/s；由图2-3-1查得，Rm1=12.5Pa/m同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，具体结果见表2-3-5。4.确定管段2、4的管径及单位长度摩擦力，见表2-3-5。5.计算各管段局部阻力例如：继续800380500380420800400420410*315420流体输配管网返回6.计算各管段的沿程阻力和局部阻力(见表2-3-5)7.对并联管路进行阻力平衡：继续图流体输配管网返回8.计算系统总阻力，获得管网特性曲线最不利环路所有串联管路1-3-5-6-7阻力之和。kgQPS53822538QP继续流体输配管网返回1返回22.3.7均匀送风管道设计流体输配管网一、设计原理继续静压产生的流速为：jjpv2空气在风管内的流速为：DDpv2空气从孔口出流时的流速为：sinjvv如图所示：出流角为α：DjDjPPvvtg流体输配管网返回孔口出流风量：jjpfvvvfvffvL236003600sin360036000000由上式得f0上的平均流速v0为：jjpvfLv23600000继续流体输配管网返回风口的流速分布如图：（矩形送风管断面不变）*要实现均匀送风可采取的措施（如图）1、设阻体；2、改变断面积；3、改变送风口断面积；4、增大F，减小f0。继续流体输配管网返回二、实现均匀送风的基本条件：保持各侧孔静压、流量系数相等,增大出流角。1、保持各侧孔静压Pj相等；2、保持各侧孔流量系数μ相等；μ与孔口形状、流角α以及L0/L=有关，当α大于600，μ一般等于0.60L3、增大出流角α，大于