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输油管道设计与管理:管道的压能损失

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输油管道设计与管理:管道的压能损失_第1页
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一、管路的压降计算根据流体力学理论,输油管道的总压降可表示为:其中:hL为沿程摩阻 h为局部摩阻 (zj-zQ) 为计算高程差 管道的压能损失二、水力摩阻系数的计算 计算管道的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失 hL 达西公式 :对于一条给定的管道,L和D都是已知的,输量(或流速)也是已知的,现在的问题就是如何计算水力摩阻系数 根据流体力学理论 其中:e为管壁的绝对粗糙度,D为管道内径 是Re和e/D 的二元函数,具体的函数关系视流态而定在解决工程实际问题时,为了安全,一般尽量避开过渡区,因该区的流态不稳定流态:分为层流和紊流,中间还存在一个过滤区1、流态划分和输油管道的常见流态 层流:Re2000 过渡流:2000Re3000 紊流光滑区:3000ReRe1 (简称光滑区) 紊流混合摩擦区:Re1Re2 (简称粗糙区)流态划分标准是:其中:管道中所遇到的流态一般为: 热含蜡原油管道、大直径轻质成品油管道:水力光滑区 小直径轻质成品油管道:混合摩擦区 高粘原油和燃料油管道:层流区 长输管道一般很少工作在粗糙区2、管壁粗糙度的确定 管壁粗糙度 :相对粗糙度:绝对粗糙度与管内径的比值(e/D或2e/D)。

绝对粗糙度:管内壁面突起高度的统计平均值紊流各区分界雷诺数Re1、Re2及水力摩阻系数都与管壁粗糙度有关我国输油管道工程设计规范中规定的各种管子的绝对粗糙度如下: 无缝钢管:0.06mm直缝钢管:0.054mm 螺旋焊缝钢管:DN=250350时取0.125mm DN400时取0.1mm3.紊流区临界雷诺数Re1和Re2的确定 紊流区分为水力光滑区、混合摩擦区和完全粗糙区,划分的依据是临界雷诺数Re1和Re2 层流边界层厚度的表达式 :水力光滑区:混合摩擦区:粗糙区:取 按紊流光滑区的Blasius公式计算: 代入边界层厚度计算公式,得令则取 代入边界层厚度计算公式,得规范上取 ,这就是Re1的来历混摩区与粗糙区的分界相对粗糙度)(粗糙区摩阻系数计算公式)从而得到: 当雷诺数Re处于分界雷诺数附近时,e的取值相当重要,不同的e值可能导致流态判别的不同 如某条管道Re=5105,若取e=0.1mm,则Re1=6.7105,ReRe1,为混合摩擦区4、水力摩阻系数的计算 我国输油管道工程设计规范规定的各区水力摩阻系数的计算公式见下表: 流态 划分范围 f(Re,) 层流 Re2000 =64/Re紊流水力光滑区 3000ReRe1=混合摩擦区 ReRe2=普朗特-卡门公式勃拉休斯公式伊萨耶夫公式尼古拉兹公式除了上表中规定的计算公式外,还有计算结果相近的其他公式,分别是:水力光滑区的米勒公式:混合摩擦区的科尔布鲁克-怀特公式:混合摩擦区的阿尔特舒利-卡利聪公式:粗糙区的谢夫林松公式:由各区的计算公式可以看出:紊流光滑区: 层流边层厚度ee,只与Re有关,与粗糙度无关; 混合摩擦区: ee,=f(Re,e/D),与Re和粗糙度有关;完全粗糙区: 层流边层很薄,粗糙突起几乎全部暴露于层流边层之外,只与e/D有关,而与Re无关,摩阻与流速(流量)的平方成正比,故粗糙区又叫阻力平方区。

三、流量压降综合计算公式列宾宗公式 1、列宾宗公式 代入达西公式、和把令整理得即得到列宾宗公式: 流态Am 层流 64 1 4.15紊流水力光滑区 0.3164 0.25 0.0246混合摩擦区 0.123 0.0802A粗糙区00.0826不同流态下的A、m、值四、管路的水力坡降 定义:管道单位长度上的摩阻损失称为水力坡降用 i 表示: 或1、等温输油管的干线水力坡降水力坡降与管道长度无关,只随流量、粘度、管径和流态不同而不同ABC hLLi在计算和分析中经常用到单位输量(Q=1m3/s)的水力坡降f,即单位流量下、单位管道长度上的摩阻损失:2、副管的水力坡降 iiif 或 i1D、Q、iD、Q1、i1D、Q2、ifD、Q、iLf特点:副管:与主管并联相接的管段假设副管与主管流态相同,由于 1 ,所以只需要铺设副管总有减阻效果 层流: 光滑区: 混摩区:粗糙区:也就是说,随Re的升高,铺副管的减阻效果增强 五、管路工作特性 定义: 已定管路(D , L , Z 一定)输送某种已定粘度油品时,管路所需总压头(即压头损失)与流量的关系(H-Q关系)称为管路工作特性ZHQ层流区过渡区紊流区QLJ输油管道的工作特性曲线六、离心泵与管路的联合工作 确定泵站与管路的工作点的方法有两种,即图解法和解析法。

AHHAQAQ管路总特性曲线泵站总特性曲线图解法:。

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