【正文】 數(shù)和管壁粗糙度等的求取方法及有關(guān)圖表、規(guī)定等均適用。 b. 假設(shè)流體流速以估算管徑。計(jì)算雷諾數(shù)(Re)、相對(duì)粗糙度(ε／d)，然后查第1章“單相流(不可壓縮流體)”—1，求摩擦系數(shù)(λ)值。 d. 確定直管長(zhǎng)度及管件和閥門(mén)等的當(dāng)量長(zhǎng)度。 e. 確定或假設(shè)孔板和控制閥等的壓力降。 f. 計(jì)算單位管道長(zhǎng)度壓力降或直接計(jì)算系統(tǒng)壓力降。 g. 如管道總壓力降超過(guò)系統(tǒng)允許壓力降，則應(yīng)核算管道摩擦壓力降或系統(tǒng)中其它部分引起的壓力降，并進(jìn)行調(diào)整，使總壓力降低于允許壓力降。如管道摩擦壓力降過(guò)大，可增大管徑以減少壓力降。 h. 如管道較短，則按絕熱流動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。 (2) 臨界流動(dòng)的計(jì)算步驟 a. 已知流量、壓力降求管徑 (a) 假設(shè)管徑，用已知流量計(jì)算氣體流速。 (b) 計(jì)算流體的聲速。 (c) 當(dāng)流體的聲速大于流體流速，則用有關(guān)計(jì)算式計(jì)算，可得到比較滿(mǎn)意的結(jié)果。如兩種流速相等，即流體達(dá)到臨界流動(dòng)狀況，計(jì)算出的壓力降不正確。因此，重新假設(shè)管徑使流速小于聲速，方可繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算，直到流速低于聲速時(shí)的管徑，才是所求得的管徑。 (d) 或用式(—8)進(jìn)行判別，如氣體處于臨界流動(dòng)狀態(tài)，則應(yīng)重新假設(shè)管徑計(jì)算。 b. 已知管徑和壓力降求流量，計(jì)算步驟同上，但要先假設(shè)流量，將求出的壓力降與已知壓力降相比較，略低于已知壓力降即可。 c. 已知管徑和流量，確定管道系統(tǒng)入口處的壓力(P1) (a) 確定管道出口處條件下的聲速，并用已知流量下的流速去核對(duì)，若聲速小于實(shí)際流速，則必須以聲速作為極限流速，流量也要以與聲速相適應(yīng)的值為極限。 (b) 采用較聲速低的流速以及與之相適應(yīng)的流量為計(jì)算條件，然后用有關(guān)計(jì)算式計(jì)算壓力降。 (c) 對(duì)較長(zhǎng)管道，可由管道出口端開(kāi)始，利用系統(tǒng)中在某些點(diǎn)上的物理性質(zhì)將管道分為若干段，從出口端至進(jìn)口端逐段計(jì)算各段的摩擦壓力降，其和即為該管道的總壓力降。 (d) 出口壓力與壓力降之和為管道系統(tǒng)入口處的壓力(P1)。 例題 例1：將25℃的天然氣(成份大部分為甲烷)，用管道由甲地輸送到相距45km的乙地，兩地高差不大，每小時(shí)送氣量為5000kg，管道直徑為307mm(內(nèi)徑)的鋼管(ε＝)，已知管道終端壓力為147kPa，求管道始端氣體的壓力。解： (1) 天然氣在長(zhǎng)管中流動(dòng)，可視為等溫流動(dòng)，用等溫流動(dòng)公式計(jì)算 天然氣可視為純甲烷，則分子量M＝16 設(shè)：管道始端壓力P1＝440kPa 摩擦壓力降按式(—10)計(jì)算，即雷諾數(shù) Re＝354WG／dμ 25℃s 則 Re＝3545000／307=l05相對(duì)粗糙度 ε／d＝／307＝104由第1章“單相流(不可壓縮流體)”—1，查得且λ＝因此， P1＝147+≈(2) 用韋默思式計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體密度 氣體比重 γ＝16／29＝ ＝(307) ＝103 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體體積流量 VG＝WG／ρ＝5000／≈7000m3(標(biāo))／h P1＝≈ ⊿P＝，此值較等溫流動(dòng)式計(jì)算值小。用潘漢德式計(jì)算 P1＝≈ ⊿P＝－147＝，此值較等溫流動(dòng)式計(jì)算值小，而較韋默思式計(jì)算值大。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表： 項(xiàng)目 計(jì)算式壓 力 kPa壓力降(⊿P)kPa誤 差 ％始端P1終端P2P 1⊿P等溫式韋默思式潘漢德式平均147147147+－－+－－由計(jì)算結(jié)果看出，用潘漢德式計(jì)算誤差最小，但為穩(wěn)妥起見(jiàn)，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)采用等溫式計(jì)算的結(jié)果。考慮到未計(jì)算局部阻力以及計(jì)算誤差等，＝≈500kPa作為此天然氣管道始端的壓力。 例2：空氣流量8000m3(標(biāo))／h，溫度38℃，鋼管內(nèi)直徑100mm，長(zhǎng)度64m，已知始端壓力為785kPa，求壓力降。在何種條件下達(dá)到聲速，產(chǎn)生聲速處的壓力是多少? 解： (1) 按等溫流動(dòng)計(jì)算設(shè)終點(diǎn)壓力P2＝590kPa密度ρ1＝P1M／(RT)＝78529／(311)：／m3 ρ2＝P2M／(RT)＝59029／(311)＝／m3因此 查得標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度 ρ＝1. 293kg／m3 則空氣的質(zhì)量流量Wc＝VGρ＝80001. 293＝10344kg／h 查得38℃空氣粘度 μ＝s雷諾數(shù) 取 ε＝，則 ε／d＝／100＝ 查圖得λ=[由第1章“單相流(不可壓縮流體)”—1中查得]。 摩擦壓力降P2＝P1－⊿Pf＝785－＝，與假設(shè)不符。第二次假設(shè)P2＝650kPa則 2＝65029／(311)＝ kg／m3 kg/ m3 kPaP2＝785－＝，與假設(shè)不符合。第三次假設(shè) P2＝658kPaρ2＝65829／(311)＝ kg／m3 kg/ m3 kPaP2＝785－＝ 計(jì)算結(jié)果 P2=，⊿P＝785－＝ 等溫流動(dòng)聲速m/s 聲速下的臨界流量 Vuc=ucA，[A=π／4()2=103m2] ＝103=／s＝／h 聲速下的臨界壓力 Puc＝WGRT／(VucM)＝10344311／(29)= 聲速下的臨界密度 ρuc＝PucM／(RT)＝29／(311)＝／m3 平均密度kg/ m3 壓力降 ⊿P＝785－＝由 得L＝≈158m即在管長(zhǎng)為158m處可達(dá)臨界條件，其流速為聲速。 (2) 按絕熱流動(dòng)考慮 質(zhì)量流速 G1＝WG／A＝10344／(1033600) ＝／(m2s)kg/( m2s)比值 G1／Gi＝／＝ N＝λL／D＝64／＝／P1＝，則P2＝，P1=785＝及Puc／Pl=，則Puc＝，Pl＝785= 因N＝48則聲速條件下距離為： L＝ND／λ=48／＝壓力降 ⊿P=P1－P2＝785－= 計(jì)算結(jié)果比較見(jiàn)下表：項(xiàng)目計(jì)算式 終端壓力(P2)kPa壓力降kPa臨界條件誤 差 ％PckPa距離(L)mP2⊿PPcL等溫式158+－+－絕熱式－+－+平 均 由上表計(jì)算可知，％5％。管長(zhǎng)64m應(yīng)按絕熱流動(dòng)計(jì)算。因管長(zhǎng)僅64m，故該管道系統(tǒng)不可能達(dá)到聲速條件。 “可壓縮流體”管道計(jì)算表的編制步驟、用途及專(zhuān)業(yè)關(guān)系等均與“不可壓縮流體”管道計(jì)算表相同。管 道 計(jì) 算 表(單 相 流) 管道編號(hào)和類(lèi)別 自 至物料名稱(chēng)流量 m3／h分子量溫度 ℃壓力 kPa粘度 mPas壓縮系數(shù)密度 kg／m3真空度管道公稱(chēng)直徑 mm表號(hào)或外徑壁厚流速 m／s雷諾數(shù)流導(dǎo) cm3／s壓力降 kPa(100m)直管長(zhǎng)度 m管件 當(dāng)量 長(zhǎng)度m 彎頭90176。 三 通 大小頭 閘 閥 截止閥 旋 塞 止逆閥 其 它總長(zhǎng)度 m管道壓力降 kPa孔板壓力降 kPa控制閥壓力降 kPa設(shè)備壓力降 kPa始端標(biāo)高 m終端標(biāo)高 m靜壓力降 kPa設(shè)備接管口壓力降 kPa總壓力降 kPa壓力(始端) kPa壓力(終端) kPa版次或修改 版 次 日 期 編 制 校 核 審 核 符號(hào)說(shuō)明 A——管道截面積，cm2； C——常數(shù)；CP、CV——分別為氣體的定壓比熱和定容比熱，kJ／(kgK)； D——管道內(nèi)直徑，m； d——管道內(nèi)直徑，cm，mm； E——流動(dòng)效率系數(shù)； G——?dú)怏w的質(zhì)量流速，kg／(m2s) Gi——無(wú)實(shí)際意義，kg／(m2s)； g——重力加速度，／s2；k——?dú)怏w絕熱指數(shù)，k＝CP／CV；L——管道長(zhǎng)度，m，km； M——?dú)怏w分子量； N——速度頭數(shù)； P——壓力，kPa；Puc——聲速下的臨界壓力，kPa； R——?dú)怏w常數(shù)，kJ／(kmolK)； Re——雷諾數(shù)； γ——?dú)怏w相對(duì)密度； T——?dú)怏w溫度，K； u——?dú)怏w流速，m／s； uc——?dú)怏w聲速，m／s； V——?dú)怏w體積，m3； VG——?dú)怏w體積流量，m3(標(biāo))／h； Vuc——聲速下的臨界流量，m3／h； W——?dú)怏w質(zhì)量，kg； WG——?dú)怏w質(zhì)量流量，kg／h； ⊿P——壓力降，kPa； ε——管壁絕對(duì)粗糙度，mm； λ——摩擦系數(shù)； ρ——?dú)怏w密度，kg／m3； ρuc——聲速下的臨界密度，kg／m3；壓力——本規(guī)定除注明外，均為絕對(duì)壓力。61 / 61