管径选择SHJ35-91条文说明(4)

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Re≥396（di /ε）·log(3·7di /ε)

而由公式明2·2·4-3计算得的雷诺数为流动状态处于粗糙管湍流区 (也有称完全湍流区的)的最小雷诺数。为了便于设计人员工作，本导则附录二中列出此数据，在算出雷诺数后，即可决定采用式2·2·4-4或式2·2·4-5计算直管阻力系数。但应说明的是，附录二是按管壁的绝对粗糙度为0.2mm编制的，其它粗糙度不应按附录二判断是否处在粗糙管湍流区。

设计应考虑长期、稳定、安全生产的要求，不应按新的或-律按操作中无腐蚀的情况取管壁绝对粗糙度的值，使用何关技术资料时应予以注意。本导则的附录采取正常条件下工作的无缝钢管的绝对粗糙度值。

第2·2·5条 局部阻力降的计算有当最长度法和局部阻力系数法，两种方法部是广泛采用的。不同的专业采用的方法是有所侧重的，--般说来，工艺设计采用当最长度法多一些，

在阻力降计算中，单纯采用当量长度法会遇到困难，因为有些局部阻力降需要采用局部阻力系数计算。为了解决此困难，可以分别计算管件的局部阻力降，再求总的局部阻力降，如式明2.2.2--1～2所示。必要时，采取下式换算:

K=λ·（Le/di） （明2.2.5—1）

在一般计算中，往往认为“K”和Le/di是常数，所以在理论上是存在矛盾的。 对已有资料进行分析后，了解到局部阻力系数是按流动已进入粗糙管的完全湍流区考虑的，即按直管阻力系数（λ）为定值而求得，从一些试验数据看，以“Le/di ”为常数比较恰当一点。

木导则没有提出新的处理方法，而采取工程设计的习惯做法，以兔引起混乱和工作中的因雅，即将“Le/di ” 和“K”均视为常数，直接引用相应的数据而不作修正。

第2·2·6条 在一般管道的阻力降计算时，管道变径时的局部阻力降均按突然扩大或突然缩小处理，并无必要区分渐变和突变。在阻力降控制较严，需要精确汁算时，应区分渐变和突变。

第2·2·7条 容器与管道联接处的局部阻力降需要具体分析处理，不仅考虑局部阻力降，而且应考虑速度变化的影响，求其综合效果，所以条文中称\管

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道与容器联接点处的压力降\。 一·从容器进入管道处，其特点是流体在容器中的流速可以忽略不计， 视为零。于是在管道入口处必然有显著的速度变化，入口处不仅要考虑截面突然变化的局部阻力降，而且要考虑加速压力降。即:

ΔPff1=[（ρu/2）+K（ρu/2）] ·10

=（1+K）（ρu/2）·10

=（1+K）(υG/2) ·10 (式2.2.7一1～2)

二、从管道进入容器处 (即管道的出口)的恃点是流体的流速突然降为零，即有负的加速压力降，局部阻力降和加速压力降的综合效果为下式所示:

ΔPff2=[-（ρu/2）+K（ρu/2）] ·10

=（K-1）（ρu/2）·10 (明2.2.7一1)

管道进入容器处的局部阻力系数为1，故从管道进入容器处的压力降为零。 三、联接两容器的管道，综合计算管道进出口处的局部阻力降时，可以把流体在两容器中的流速均视为零而忽略不计，于是综合考虑时，无加速压力降， (或者进口加速压力降为出口的负加速压力降相抵消)。

过去往往只考虑进出口处的局部阻力降而未考虑速度变化的加速压力降。如果管道是从容器通至另一容器而作为一个系统综合考虑进出口局部阻力降时，计算属于本条第三款的范围。结果是正确的。若是流体由容器进入管道;由管道通入另--管道 (例如由容器经支管流入总管时)，则进口端易忽略了所需的加速压力降。若流体是由总管通过支管流入容器时。易忽略了负的加速压力降(即流体的动压可以克服管道出口的局部阻力)，使管道出口的压降算多了。

第2·2·8条 管道与管道的联接点，一般是指三通，也是管道的进口端或出口端的一种，因为流最变化，联接的两管道应分别计算阻力降，计入相应的局部阻力降。

工业上常用的三通，直通部分的截面是相同的(即d1=d2)，侧管可能与直通管同径或缩小 (即d3≤d1)。

表2·1·5和表2·2·5中均有等径三通的数据，但已明确\等径三通作弯头用”，不能用于有汇流、分流的情况。

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2

-3

2

2

-3

2

-3

2

-3

2

2

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阻力系数的计算公式是采用《火力发电厂汽水管道设计技术规定》(DLCJ23一81)的附录三中的资料。

第2·2·9条 采取1.2的系数，相当于考虑流量有增大I0%的可能。

第三节 可压缩流体管道的管径选择和计算

第2·3·1条 等温流动和绝热流动是气体在管道内流动时的两种理想的、极端的状况，实际情况是既非等温又非绝热的多变过程。若按多变过程考虑，则需有多变指数的资料，而多变指数并不能由理论计算求得，所以按多变过程计算是困难的。

真实气体的压力---比容---绝对温度的关系与理想气体是不同的，按真实气体计算需要采用修正系数或利用真实气体的状态方程式，计算过程比较复杂。

在一般工程计算中，按理想气体的等温过程或绝热过程计算，结果已能满足精度要求，没有必要按真实气体的多变过程考虑。

管长大于1000倍管内径的不隔热管道，应按气体在管内进行等温流动计算;隔热的管道、和长度小于1000倍管内径的不隔热管道，应按气体在管内进行绝热流动计算。

在已知气体流量·管径·管长计算管道的压力降时，按等温流动计算的压降大于按绝热流动计算的压降;在已知气体流量和管道两端的压差计算管径时，按等温流动计算的管径大于按绝热流动计算的管径;在已知管径、管长和压差时，按等温流动计算的气体流量小于按绝热流动计算的流量。

考虑到等温流动的计算方法比较简单，计算结果偏向安全，与绝热流动计算的结果差别并不大，所以本导则只要求按等温流动进行计算。

第2·3·2条 气体在管内流动时的马赫数是其流速与声速之比，即:

M a=u/c (明2.3.2一1)

式中c---声速，声音在该气体介质中的传播速度（m/s）；

c=（r·P·10/ρ）

3

1/2

=（r·P·10·υ）=（r·R·T）

(明2.3.2一2)

31/21/2

式中 r一一气体的比热比(Cp/Cv)

P一一气体的绝对压力 (kPa)

ρ一一气体的密度 (kg/m3);

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R一一气体的气体常数(Pa·m3/(kg·K)) T一一气体的绝对温度 (K)。

由于 u=Gυ=G/ρ 故得 Ma=G·ρ

-1

（r·R·T）

3

-1/2

=G·（r·P·10·ρ

3

）

-1/2

=G·υ

1/2

·（r·P·10）

-1/2

(明2.3.2一3)

气体在管内流动时，由于管道阻力的作用，使气体的压力逐渐降低，因而密度减小，比容增大，从公式明2.3.2一3可知马赫数是逐渐增大的，管道始端的马赫数小于终端的马赫数。

根据已有资料，气体在管道内流动时，马赫数小于0.333时，其噪声是不严重的。 《化学工程卷Ⅵ——化工设计导论》的第五章提出:\气体和蒸汽的速度不能超过临界速度，通常限制在临界速度的30%以内\。马赫数为1时的速度即为临界速度，所以本导则规定: \常用管道末端的马赫数宜小于0.3\。

紧急泄放管道不是常用的，一般泄放量和压差都较大，如果马赫数控制低了，需要较大的管径，所以允许提高管道末端的马赫数。气体在管内是亚音速流动，在等温流动的条件下，所能达到的最大马赫数是(1/γ)，为了留有一定的余地，管道末端的马赫数控制在0.7。

第2.3.3条 由于管道末端的马赫数是有控制要求的，所以本条的提法是由末端的马赫数求始端的马赫数，实际上，也可利用公式2·3·3由始端马赫数计算末端马赫数。或者由已知的压力和马赫数值求末知的压力。

根据公式明2·3·2---3可得 Ma1/Ma2=（υ1/P1/υ2/P2）

1/2

0.5

=（υ

1

/υ2·P1/P2）

1/2

(明2.3.3一1)

在气体的等温过程中 P1 υ1= P2 υ2

于是得 P1 Ma1= P2 Ma2 (2.3.3)

在推导公式2·3·3过程中，利用了气体等温过程的Pυ关系，所以公式2·3·3是不能使用于气体在管内进行绝热流动的计算的。

气体在管内进行绝热流动时，马赫数与压力的关系推导如下: 一、气体在管内流动时，其能量平衡可用下式表示：

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h+u2/2=h0=常数

式中 h——气体的热焓； h0———气体在流速为零时的热焓； 由于 h=CpT

则 CpT+ u2/2= CpT0

T0/T=1+u2/2 CpT （明2.3.3——3）

式中 Cp——气体的定压比热； u——气体的流速； T——气体的绝对温度；

T0——气体的滞止温度，即气体通过绝热过程使其流速降到零时，所达到的温度。 对于理想气体来说，有以下关系：

Cp/R=γ/γ-1 Ma=u/√γRT

将以上关系式代入公式明2.2.3——3，可得

T0=T[1+(γ-1)/2· Ma] （明2.3.3——4）

以上的关系式均是由能量平衡和理想气体定律推导的，不随过程是等熵或绝热而异，因此，气体在管道内流动时各点的温度不同，然而通过公式明2·3·3-4算得的滞止温度是由速度降到零时的热焓决定的，而且是一个常数。 二、从气体在等截面管中流动的连续性方程式可得:

u=G/ρ

从理想气体方程式可得

ρ=P/RT

因此: u=RTG/P

再从马赫数的定义方程式可得

Ma=u/√γRT = RTG/√γRT

整理后可得：G（RT）=γ

1/2

1/2

2

Pma （明2.3.3——5）

三、综合公式明2.3.3—4和2.3.3—5得 G（RT0） =G（RT）[1+(γ-1)/2 ·Ma]

G（RT0） =γ

1/2

1/2

1/2

1/2

2

1/2

PMa[1+(γ-1)/2 ·Ma]

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2

1/2

（明2.3.3——6）

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