【正文】 臨界流時(shí)： PdRq ? （ 220） 式中： q0— 產(chǎn)油量，噸； d— 油嘴直徑，毫米； R— 油氣比； P1— 油壓，公斤 /厘米 2 。 在曲線段 ab 上，當(dāng) P2/P1 逐漸減小時(shí)， Q 逐漸增大。 11 圖 23 油氣混合物的重量與油嘴前后的壓力比的關(guān)系 Figure 23 The relationship between the weight of oil and gas mixture and the pressure before and after glib 油氣混合物的重量與油嘴前后的壓力比的關(guān)系圖見(jiàn) (圖 2— 3)所示，其中 P1 恒定。 混合物（指油和氣）到達(dá)井口時(shí)，氣體體積流量很大，而油嘴直徑又很小。 一口井在油井完成和試油之后，將投入生產(chǎn)。 水的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可用下式計(jì)算： ? ? wBDDGDW ?? 241422 8 ?? （ 219） 式中： D1— 泵入口直徑； ρw— 泵內(nèi)水密度。 泵機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 GDm2，水泵慣量 GDp2 和水的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 GDw2三部分組 額定工況 0 π /2 π 3π /2 2π 10 成，即 222 WPM GDGDGDI ??? (216） 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可查閱制造廠的產(chǎn)品樣本，水泵轉(zhuǎn)動(dòng)慣量由葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 GD12 和轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 GD22 組成，葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可用下式表示： ?? 24221 BDGD P? (217) 式中： P? — 葉輪型式系數(shù)，對(duì)雙吸式葉輪 ~?P? ，單吸式葉輪 ~?P? ； D2— 泵葉輪外徑； B2— 葉輪出口寬度； p— 葉輪材料密度。 由上一時(shí)刻的 θ、 n 值，求得： )a rc ta n (?? ???NN?? 據(jù) WT、 θ 數(shù)組，用線性內(nèi)插法可求得與 θ有關(guān)的 WT 值。因此，如果找不到泵的全特性曲線，就可以從有相同比轉(zhuǎn)速的另一臺(tái)泵找到完整的特性曲線 [9]。 扭矩可用來(lái)計(jì)算 △ t 時(shí)段以后的泵的轉(zhuǎn)換，而壓頭 H由于泵特性曲線已知，程序中也就沒(méi)有使用。見(jiàn)圖 22，其中 θ 可用下式表示： 扭矩 +壓頭 Q +扭矩 壓頭 +扭矩 +壓頭 扭矩 壓頭 P2 區(qū) D3區(qū) T2 區(qū) D4 區(qū) D2 區(qū) +N +扭矩 +壓頭 泵正常工作 P1區(qū) D1 區(qū) +Q 扭矩 +壓頭 N +扭矩 +壓頭 扭矩 +壓頭 +扭矩 壓頭 9 ???????? ?????NNa rc t a n?? (214) 圖 22 WH 和 WT 對(duì) θ 關(guān)系曲線 Figure 22 WH and WT curve of θ 這兩條曲線全面地代表了泵在四個(gè)象限中工況的復(fù)雜而完全的一組特性曲線。 引用無(wú)因次變量 WH 和 WT（ 軟件中實(shí)際上只用到 WT） 其中 WH 用下式表示： ? ?22)(???????????NNHHHS I G NWH (212) 而 WT 用下式表示： 2)()()( ????? NNTTHS I G NW T (213) 式中： *— 表示泵在額定工況時(shí)； H— 泵給出的揚(yáng)程； T— 葉輪軸的扭矩。 8 圖 21 泵的四象限工況 Figure 21 Quadrant pump condition 泵的全特征曲線（蘇特 (Suter)曲線 ）。有少許負(fù)壓頭，但正向流動(dòng)，這時(shí)泵起測(cè)功計(jì)的作用 — D1 區(qū)；如果泵的壓頭變得相當(dāng)負(fù)，則正向液流可能驅(qū)動(dòng)泵，于是泵轉(zhuǎn)入渦輪機(jī)工作方式 — T1區(qū)；一旦開(kāi)始倒流，就會(huì)出現(xiàn)另外一系列工作方式：液流倒流，但泵的葉輪正向轉(zhuǎn)運(yùn)，這是另一種測(cè)功計(jì)工作 方式 — D2區(qū)；液體倒流，但泵反向轉(zhuǎn)動(dòng)，而下游端壓力高于管段中的壓力，這時(shí)泵用作渦輪機(jī)一 T2區(qū)；在同樣條件下，但反轉(zhuǎn)速度很大，此時(shí)泵以測(cè)功計(jì)方式工作 — D3區(qū)；正向液流，很大的反轉(zhuǎn)速，這時(shí)泵用作泵 — P2區(qū)；正向流動(dòng)，較小的反轉(zhuǎn)泵速，此時(shí)泵又測(cè)功計(jì)的方式工作 — D4區(qū)。 泵的四象限工況見(jiàn)圖 21。停泵和啟泵都要引起瞬變過(guò)程。 輸油管線中采用的泵多為離心泵，離心泵的特性曲線用下面的方程來(lái)表示 : 22 CNB N QAQH ??? (210) 式中： H— 泵揚(yáng)程； N— 泵的 轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn) /分； Q— 通過(guò)泵的流量； A、 B、 C— 相應(yīng)于每類泵的常數(shù)。 求 KL如果已經(jīng)知道了閥門開(kāi)度和 KL關(guān)系的幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，就可以用拋物線插值法求得到 KL的值。按照這種想法，程序中采用的方法是 :如果已知閥門開(kāi)度是時(shí)間的函數(shù)， KL被定義為閥門開(kāi)度的函數(shù)，就可以寫出流經(jīng)閥門處的水力壓頭損失方程，并可用作特征線法的邊界條件。 多數(shù)情況下，可以得到有關(guān)閥上壓 頭損失的資料，但只能得到幾種開(kāi)度下閥上壓頭損失的數(shù)據(jù)，我們可以利用這些資料推演出不同開(kāi)度下的值，并能滿有把握地分析問(wèn)題，得到合理的精度。不同類型的閥門按照各自的方式消耗壓頭，這不僅取決 于閥本身的機(jī)械設(shè)計(jì)，還取決于關(guān)閥步驟。 下面逐一介紹這些非管元件的基本方程。例如，管盲端就可以看作一個(gè)關(guān)了的調(diào)節(jié)閥。 本文討論的非管元件有調(diào)節(jié)閥、泵、井、站場(chǎng)、單向閥和阻力元件。 這里介紹兩種計(jì)算方法： ColebrookWhite 的公式 （ 28） 為了求得上式中的兄值，必須要利用迭代法求解。 在前邊假設(shè)條件下，管內(nèi)穩(wěn)定流的基本方程為伯努利方程： ? ? 02 22121 ?????? gdLVZZg pp ?? （ 25) 式中： p1， p2— 管道首末兩端壓力； ρ— 液體密度； V— 液體流速； Z1， Z2— 位置標(biāo)高； L— 臂長(zhǎng)； D— 管徑； g— 重力加速度。 本文只討論牛頓流體的流動(dòng)方程，不考慮非牛頓流體的情況。 ? ? nDeDeuDeC ?????? ?????? ????? 1211 1 2 (23) (c)種約束整個(gè)管道裝有有效膨脹結(jié)。 （ a）種約束 — 系統(tǒng)管子在徑向和軸向都可以自由受力和變形（在軸線上只有一點(diǎn)固定）。 波速方程采用沃斯特介紹的公式。 （ 3）進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程，開(kāi)發(fā)一套適合輸油管線的通用集成化軟件，具有如下功能： ①密閉輸油管道系統(tǒng)穩(wěn)定性分析； 4 ②密閉輸油管道系統(tǒng)不穩(wěn)定性分析； ③輸油管道系統(tǒng)運(yùn)行工況分析； ④輸油管道系統(tǒng)事故工況分析； ⑤輸油管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案分析。 （ 1）建立密閉輸油管道水擊的數(shù)學(xué)模型； （ 2）根據(jù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及實(shí)際情況確定解模方法； 針對(duì)穩(wěn)態(tài)分析和水擊分析方程組的特點(diǎn)，用 NewtonRaphson 法將方程組線性化后 ，用稀疏矩陣進(jìn)行存貯和求解，以節(jié)省時(shí)間和內(nèi)存。但目前國(guó)內(nèi)在這方面還很落后，輸油管道密閉率也較低，要想較高水平地設(shè)計(jì)和管理密閉輸送管線，還必須做更多的工作。 與國(guó)外相比，我國(guó)在輸油管道上的仿真軟件還很落后，更沒(méi)有在線分析軟件。在線仿真軟件功能全面，使用靈活，是運(yùn)行管理人員分析、掌握、監(jiān)視管道運(yùn)行的強(qiáng)有力的工具。一般離線仿真軟件的運(yùn)行，是由工作人員通過(guò)外設(shè)輸入控制命令和定義來(lái)驅(qū)動(dòng)的。 目前，國(guó)外正向著在線仿真軟件方向發(fā)展。用于制定運(yùn)行方案時(shí)，工作人員可進(jìn)行各種不同方案的預(yù)演與分析。 AII American 管道公司使用的 Real Time System（ RTS)公司開(kāi)發(fā)的離線仿真軟件 LIQNET，作為員工培訓(xùn)及運(yùn)行方案制定的工具。 SPS 設(shè)置了理想化的調(diào)節(jié)器，這可很方便地模擬管道系統(tǒng)的控制。 SPS 仿真軟件分為 PC版的 SPS和 UNIX 版的 SPS。它可用于人員培訓(xùn)，管道的運(yùn)行方案制定，事故分析，批量跟蹤及管道系統(tǒng)規(guī)劃。水 TERACTⅡ 人機(jī)界面由該公司自行開(kāi)發(fā)，稱作為 SAMMI（ SSI’S Advanced ManMachine Interface）。INTERACTⅡ 是用于 UNIX 操作系統(tǒng)的仿真軟件。另外，該軟件含有精確的普通管 3 道設(shè)備模型，如球閥、泵、止回閥及調(diào)節(jié)閥。 TLNET（ Transient Liquid Network）的運(yùn)行環(huán)境為微機(jī)，可用來(lái)模擬液體動(dòng)態(tài)水力、熱力工況。 國(guó)外管道仿真軟件公司中，最早介紹到中國(guó)的是美國(guó) SSI公司。對(duì)于管網(wǎng)來(lái)說(shuō)，水擊波波速很大，在幾分鐘或十幾分鐘內(nèi)就能傳遍整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)，而且現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度非常的快，如時(shí)間隔取得小，也不會(huì)增加多少計(jì)算時(shí)間。 特征線法使用簡(jiǎn)單，邊界條件的數(shù)字描述也較為方便，而且不需要消去基本水擊方程的任何一項(xiàng)。其中，特征線法是分析管網(wǎng)水擊過(guò)程較成熟、較準(zhǔn)確的一種方法。并且圖解法很費(fèi)時(shí)，對(duì)復(fù)雜管網(wǎng)中許多可以用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行模擬的邊界條件，只有在做了大量的簡(jiǎn)化后，才能表示出來(lái)。高度熟悉的實(shí)際工作者對(duì)圖解法的應(yīng)用已卓有成效 [4]。 (3)把存在邊界條件 (即水力控制裝置 )的兩條 (或更多 )管路兩端發(fā)生的過(guò)程聯(lián)系起來(lái)。 圖解法 圖解法由以下幾部分組成： (1)把管網(wǎng)存在的邊界條件用圖解表示出來(lái)。 分析法 分析法是把歐拉微分方程和連續(xù)性微分方程非線性項(xiàng)線性化后進(jìn)行求解，優(yōu)點(diǎn)是概念清楚，可以直接寫出瞬變過(guò)程解的表達(dá)式，且求解省時(shí) [3]?，F(xiàn)代水擊分析應(yīng)用的歷史進(jìn)程是以各種巧妙而實(shí)用的方法來(lái)求解水擊方程為標(biāo)志的。到六十年代后，高速數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)揭開(kāi)了水擊分析的新紀(jì)元。直到二十世紀(jì)六十年代，雖然許多學(xué)者在這方面做了大量工