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第三章给水排水管道系统水力计算基础本章内容：1、水头损失计算2、无压圆管的水力计算3、水力等效简化本章难点：无压圆管的水力计算第一节基本概念一、管道内水流特征进行水力计算前首先要进行流态的判别。
判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。
对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。
二、有压流与无压流水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。
水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。
从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多三、恒定流与非恒定流给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。
四、均匀流与非均匀流液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。
从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。
对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。
均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。
Pipelinestudio（Tgnet）应用指南1 软件特点及主要用途Pipelinestudio（Tgnet）是经过使用证明的，历史悠久的输气体管道离线模拟软件，能够对管道的正常工况和事故工况进行稳态和动态分析，测试和评价管道的输送/改建/扩建方案，最终获得优化的系统性能和最佳的实际方案本软件具有全功能的图形界面、稳定的数字求解技术、完备的设备模拟、灵活实用的理想化的控制方式和多约束条件设定、温度跟踪、气体属性跟踪、详尽的默认值集合、既能以批处理方式又能以交互（互动）方式运作、灵活多样的开放的输入输出方式、易学易用等特点。
使用本软件可以对输气管道的正常工况和事故工况进行分析，测试和评价输气管道的设计或操作参数的设置，最终获得优化的系统性能。
使用本软件还可以为实时模拟软件的组态提供建模数据。
软件重要应用于以下方面：1）设计管道，管径、输气量研究；2）确定管线尺寸，压缩机规格；3）评价因为操作改变导致的管道工况；4）模拟供气中断、压缩机故障及意外事故，评价事故影响及采取的恢复行动；5）进行供需平衡、调峰、管存量分析，进行操作优化；6）进行管道战略性规划和分析，确定管道5年、10年、15年的长远规划。
2 管道模拟的理论基础和主要公式气体在管道内流动，随着压力下降，密度逐渐变小，流速不断增大。
同时气体在管道流动过程中还要气体与周围介质进行热交换，温度会逐步降低，在管道的未段趋近于甚至低于周围介质的温度。
特别是在不稳定流动的情况(输气管大多数处于不稳定流动状态）下，更导致压力、流量和温度的变化。
因此，描述气体管内流动状态的主要参数有：压力P、密度 、流速v 和温度T。
求解有关参数的方程主要是：连续性方程：)()(=+x t v A A ρρ 其中：0;0≥≤≤t L x● 运动方程：其中： 0;0≥≤≤t L x● 能量守恒方程：以上方程中符号意义如下：L 管道长度g 重力加速度 x 距离f 摩阻系数 t 时间 Di 管道内径A 管道横断面积 T 气体温度ρ 气体密度 Tg 地温P 气体压力 Uw 总传热系数v 气体流速Cv 气体热容 h 管道高程● 气体状态方程：为了正确模拟气体的水力学特性，需要在各种条件下气体各项物理属性的变化和它们之间的关系。
第三章给水排水管道系统水力计算基础本章内容：1、水头损失计算2、无压圆管的水力计算3、水力等效简化本章难点：无压圆管的水力计算第一节基本概念一、管道内水流特征进行水力计算前首先要进行流态的判别。
判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。
对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。
二、有压流与无压流水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。
水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。
从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多三、恒定流与非恒定流给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。
四、均匀流与非均匀流液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。
从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。
对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。
均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。
PIPESIM 基础功能培训及练习教材 版本版本：：2009.1斯伦贝谢SIS 2010年03月Copyright Notice© 2007 Schlumberger. All rights reserved.No part of this manual may be reproduced, stored in a retrieval system, or translated in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying and recording, without the prior written permission of Schlumberger Information Solutions, 5599 San Felipe, Suite 100, Houston, TX 77056-2722.DisclaimerUse of this product is governed by the License Agreement. Schlumberger makes no warranties, express, implied, or statutory, with respect to the product described herein and disclaims without limitation any warranties of merchantability or fitness for a particular purpose. Schlumberger reserves the right to revise the information in this manual at any time without notice.Trademark InformationPIPESIM and NODAL Analysis are trademarks of Schlumberger. Certain other products and product names are trademarks or registered trademarks of their respective companies or organizations.目录前言 (I)第一章管流知识简介 (1)练习1 水管线计算指南 (2)练习2 水管线敏感性分析 (17)练习3 气管线敏感参数分析 (20)练习4 气体流量计算 (23)练习5 多相流动管线模拟计算 (26)第二章油井特性分析 (34)练习1 定义井模型 (35)练习2 评估井底流动条件 (38)练习3 运行节点分析 (39)练习4 高压物性（PVT）校正 (40)练习5 流动相关式拟合 (43)练习6 运行IPR（流入动态）拟合 (45)练习7 含水率敏感性分析 (46)练习8 气举特性分析 (47)练习9 多层开采计算 (48)练习10 流动控制阀模拟计算 (51)第三章气井特性分析 (52)练习1 建立简单井模型 (53)练习2 流入模型校正 (57)练习3 运行井底为节点的节点分析 (59)练习4 模拟管线流动及油嘴特性分析 (60)练习5 预测产量变化 (61)练习6 评价携液能力及流动计算相关式拟合 (61)练习7 油藏至出口压力-温度关系剖面 (63)第四章水平井设计 (64)练习1 优化水平井长度 (66)练习2 多段射孔水平井模拟 (66)第五章人工举升设计 (68)电潜泵设计 (68)练习1 单井建模及节点分析 (68)练习2 选泵及优化设计 (70)练习3 不同生产条件下泵特性分析 (72)气举设计 — 新设计阀距 (73)练习1 单井建模及节点分析 (73)练习2 气举响应计算 (75)练习3 气举优化设计（“IPO Surface Close”方法） (76)气举设计 — 已知阀距 (78)I练习1 安装井下气举阀系统，最下级阀注气 (78)练习2 生成气举响应曲线 (80)练习3 利用已知阀距进行气举优化设计 (81)练习4 气举诊断 (82)第六章海管设计 (84)练习1 建立组分模型 (84)练习2 海管尺寸选择 (85)练习3 检查严重段塞流 (88)练习4a 选择海管保温层厚度 (89)练习4b 甲醇注入量计算 (89)练习5 计算段塞流捕集器体积 (91)第七章环形输气管线 (93)设定管网计算边界条件 (98)运行管网计算并确定集输能力 (100)管网练习 1 ：数据汇总 (102)第八章注水管网系统 (105)I前 言该培训教材旨在向用户介绍PIPESIM 应用软件基础功能及操作。
球墨铸铁管的水力计算的探讨圣戈班管道系统有限公司李华成一、前言在二十世纪九十年代以前，绝大多数供水管材都是灰口铸铁管，依据我国27个大中城市的给水管材的调查数据，灰口铸铁管所占的比例为84.72%。
在长期的使用过程中，灰口铸铁管有着十分成熟的设计规范、设计标准图集和施工规范。
这些都给管道生产商、设计单位、施工单位带来了很大的便利。
球墨铸铁管是在灰口铸铁管基础上的一次新的革命。
它不但继承了灰口管抗腐蚀、耐磨等优点，而且其机械性能远大于灰口管，更接近于钢管。
随着球墨铸铁管进入中国市场，越来越多的自来水公司和建设单位了解和掌握球墨铸铁管的性能,球墨铸铁管成为供水管材的主导产品，并逐步取代灰口铸铁管，这已成为不争的事实。
但是遗憾的是，我国许多关于球墨铸铁管的设计、施工、验收规范都没有及时地推出，给管线的建设带来了无法可依的局面。
由于标准的缺乏，现行的做法是只能套用灰口铸铁管的规范。
我们知道，球墨铸铁管与灰口铸铁管相比，无论是管材的本身、接口防腐层、管线设计、安装、验收都有很大的不同，直接套用所产生的误差也是相当大的，对管线的正常运行，经济效益都带来了重大影响。
主要的问题如下：-管线的设计，由于球墨铸铁管内喷涂一层光滑的水泥内衬，粗糙度k约为0.03；而灰口铸铁管没有内衬保护，在管线运行一段时间后，会有一层腐蚀，粗糙度k约为0.2 ~ 0.3。
由此，两种管道的水力阻力系数会有很大的不同。
由于这类的问题非常突出，本文就此进行了详细的阐述，并进行了技术、经济上的比较。
-管道的安装，球墨铸铁管一般采用T型滑入式柔性接口，灰口铸铁管接口比较多，如，青铅接口、膨胀水泥接口、石棉水泥接口等，这些均属于刚性接口。
球墨铸铁管的安装相对简单得多，在生产厂家提供技术安装手册或技术人员亲临指导下，很容易掌握，所以安装问题并没有给建设单位造成多大的困难。
但应当说明是，球墨铸铁管的安装标准，包括一些特殊接头的安装，在现行的大多数设计施工规范中都没有体现，这样的形势是无法另人满意的。
球墨铸铁管的水力计算的探讨圣戈班管道系统有限公司李华成一、前言在二十世纪九十年代以前，绝大多数供水管材都是灰口铸铁管，依据我国27个大中城市的给水管材的调查数据，灰口铸铁管所占的比例为84.72%。
在长期的使用过程中，灰口铸铁管有着十分成熟的设计规范、设计标准图集和施工规范。
这些都给管道生产商、设计单位、施工单位带来了很大的便利。
球墨铸铁管是在灰口铸铁管基础上的一次新的革命。
它不但继承了灰口管抗腐蚀、耐磨等优点，而且其机械性能远大于灰口管，更接近于钢管。
随着球墨铸铁管进入中国市场，越来越多的自来水公司和建设单位了解和掌握球墨铸铁管的性能,球墨铸铁管成为供水管材的主导产品，并逐步取代灰口铸铁管，这已成为不争的事实。
但是遗憾的是，我国许多关于球墨铸铁管的设计、施工、验收规范都没有及时地推出，给管线的建设带来了无法可依的局面。
由于标准的缺乏，现行的做法是只能套用灰口铸铁管的规范。
我们知道，球墨铸铁管与灰口铸铁管相比，无论是管材的本身、接口防腐层、管线设计、安装、验收都有很大的不同，直接套用所产生的误差也是相当大的，对管线的正常运行，经济效益都带来了重大影响。
主要的问题如下：-管线的设计，由于球墨铸铁管内喷涂一层光滑的水泥内衬，粗糙度k约为0.03；而灰口铸铁管没有内衬保护，在管线运行一段时间后，会有一层腐蚀，粗糙度k约为0.2 ~ 0.3。
由此，两种管道的水力阻力系数会有很大的不同。
由于这类的问题非常突出，本文就此进行了详细的阐述，并进行了技术、经济上的比较。
-管道的安装，球墨铸铁管一般采用T型滑入式柔性接口，灰口铸铁管接口比较多，如，青铅接口、膨胀水泥接口、石棉水泥接口等，这些均属于刚性接口。
球墨铸铁管的安装相对简单得多，在生产厂家提供技术安装手册或技术人员亲临指导下，很容易掌握，所以安装问题并没有给建设单位造成多大的困难。
但应当说明是，球墨铸铁管的安装标准，包括一些特殊接头的安装，在现行的大多数设计施工规范中都没有体现，这样的形势是无法另人满意的。
输水管道并行设计规范随着水利部全面解决农村饮水安全问题目标的提出以及各地区国民经济的发展，城市建设规模不断扩大，工业建设速度迅速加快，人民生活水平也随之相应提高，城市工业和生活用水量急剧增加，城市用水的紧张状况日益严重。
故不少城市、工矿企业及农村饮水不得不到数十公里甚至数百公里以外寻找能满足水量、水质要求的新水源，因而长距离输水工程也逐渐增多。
在长距离输水管道设计时存在诸多要解决的问题。
1.管材的选择常用的管材有钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土管、玻璃钢管、超高分子量聚乙烯管、预应力钢筒混凝土管(PC-CP)等。
应结合项目区地质情况及受水区要求的保证程度、资金等全方位综合考虑，进行管材优选。
2.水力计算管径的选择可以通过Q=AV来初选管径，然后根据水力计算优化管径。
在水力计算时，一般是按照均匀流计算，普遍采用的公式有：（1）Darcy公式：hf=λlv22gd（2）Chezy公式：V=CRJ（3）Hazen-Williams公式：hf=10.67Q1.852l C1.852hd4.87式中：hf――沿程水头损失（m）；λ――沿程阻力系数；l――管道长度；d――管道计算内径（m）；g――重力加速度（m/s2）；C――谢才系数（m1/2/s）；J――水力坡降；R――水力半径；Q――管道流量（m3/s）；V――流速（m/s）；Ch――海曾・威廉系数。
上述三式中（1）、（2）式不仅适用于管道流，同时也适用于明渠的水力计算。
（3）式的计算参数较少，是一个广泛应用于管网计算的传统公式。
上述三式与管道内壁粗糙程度相关的系数军事影响计算结果的重要参数。
根据近几年长距离输水管道的设计计算，（1）、（3）是应用较多，通过与实际过流能力及水损实测情况比较，（1）式在采用Colebrook-White公式计算出的λ值与商用圆管的阻力吻合最好。
3.连通管的设置与阀门的选择根据规范要求，长距离输水管道宜选用两条管线，以满足检修需要，当其中一条检修时供水量应不少于设计供水量70%，若两条管线并行，应考虑设置2处以上的连通管，在每根连通管处的主管上下侧设置2个闸阀，连通管处设置一个闸阀，共5个闸阀，以达到分段检修目的。
管道内压力和流速的关系一般计算管线的需求，主要在于求取流体在管内的流量与管径大小。
这个结果从流体力学的※Energy equation※Bernoullie equation… 等可以计算一个参考值。
吾等更进一步，藉☆Hazen & Williams equation☆Darcy & Weisback equation☆Colebrook & White… 等更精确的计算出管道中「流量」、「流速」、「摩擦损失」、「管内径」这四个关系之间的相互变化。
而Moody diagram，Nomogram，或Nomograph…就是以图表阐释管道中「流量」、「流速」、「摩擦损失」、「管内径」这四个关系而省去复杂的数学计算。
楼主所提昰「管内径」、「流量」、「流速」三个已知数，需要求未知数「压力」。
四个参数，三个已知，另一个参数当然没有问题。
问题再于你对流体力学的造诣与功力了！欲对管道的水利或水力计算熟练，唯有流体力学的应用一途。
给排水课程的基础训练向来没有在流体力学与工程数学加强，是很可惜的！下面的数学计算式是解问题之钥：4660a ＝───────√￣￣￣￣￣￣ (1)1 ＋K×Di ／E×ta ‥压力速度wave velocity m/sE ‥塑料管的弹性系数modulus of elasticity of the pipe ，MpaK ‥流体的挫曲系数fluid bulk modulus，MpaT ‥管厚度wall thickness ，mmDi ‥管内径pipe inside diameter ，mm因为DR ＝Di ／t所以a ＝4660 ／√￣￣￣￣￣￣￣ (2)1 + k/E (DR-2)P =〔a V ／2.31 × g〕x 0.03 (3)P 管内水压力barg 重力加速度m/s2V 管内水速m/s对PVC管而言，E=27.58KbarK=20.69KbarDN80PVC……………….DR=Di/t从方程式(2)，先计算出a 值。
井筒摩阻计算第一节水头损失及其分类实际流体具有粘性，在通道内流动时，流体内部流层之间存在相对运动和流动阻力。
流动阻力和水头损失的规律，因流体的流动状态和流动的边界条件而异.一、水头损失分类流体在流动的过程中，在流动的方向、壁面的粗糙程度、过流断面的形状和尺寸均不变的均匀流段上产生的流动阻力称之为沿程阻力，或称为摩擦阻力。
沿程阻力的影响造成流体流动过程中能量的损失或水头损失（习惯上用单位重量流体的损失表示）。
沿程阻力均匀地分布在整个均匀流段上，与管段的长度成正比，一般用f h 表示。
另一类阻力是发生在流动边界有急变的流场中，能量的损失主要集中在该流场及附近流场，这种集中发生的能量损失或阻力称为局部阻力或局部损失，由局部阻力造成的水头损失称为局部水头损失。
二、水头损失分类 1.沿程阻力损失2gv4R l λh 2f =对于圆管：g v d l h f 22λ=式中：l —管长；R —水力半径；d —管径；v —断面平均流速；g —重力加速度；λ—沿程阻力系数，也称达西系数。
一般由实验确定。
式中的无量纲系数λ不是一个常数，它与流体的性质、管道的粗糙程度以及流速和流态有关，在大多数工程问题中，f h 确实与2v 成正比。
此外，这样做可以把阻力损失和流速水头合并在一起，便于计算。
2.局部阻力损失gv h j 22ζ=式中：ζ——局部阻力系数，一般由实验确定。
整个管道的阻力损失，应该等于各管段的沿程损失和所有局部损失的总和。
第二节粘性流体流动流态一、粘性流体流动流态当流速较小时，沿程损失与流速一次方成正比，当流速较大时，沿程损失几乎与流速的平方成正比，如图所示，并且在这两个区域之间有一个不稳定区域。
当阀门B 慢慢打开，并打开颜色水阀门D ，此时管中的水流流速较小，可以看到玻璃管中一条线状的颜色水。
它与水流不相混合，如图6—3(b )所示。
从这一现象可以看出，在管中流速较小时，管中水流沿管轴方向呈层状流动，各层质点互不掺混，这种流动状态称为层流。
管道内壁粗糙度对沿程阻力影响的FLUENT 数值模拟分析姚雪蕾;袁成清;付宜风;白秀琴【摘要】针对在海底管道的设计阶段准确获取沿程阻力的问题，采用FLUENT软件运用数值模拟的方法，分析粘性流体在管道中的摩阻损失与管道内壁粗糙度的关系，将计算结果与理论结果进行对比。
结果显示，除流态从水力光滑区到混合摩擦区间有一个过渡阶段存在误差外，其余都吻合良好，证实输油管道的内壁粗糙度只在混合摩擦区对摩阻有较大影响，改善管壁面粗糙度可以减小阻力。
若流态处于水力光滑区到混合摩擦区之间，计算摩阻系数仅靠经验公式是不合适的，应考虑采用数值模拟计算的方法。
%Aiming at the problem of obtaining accurately the on-way resistance of submarine pipeline at the design stage, numerical simulation method is adopted to analyze the relationship between loss of viscous fluid friction and wall roughness of the pipeline based on paring the calculated results with theoretical results and the actual situations, the results show there is a good agreement, except for the flow pattern transiting from the hydraulic smooth region to the mixed friction region.It is confirmed that the friction coefficient is strongly influenced by pipeline wall roughness only in the turbulent mixing friction re-gion.In this case, reducing the surface roughness of the wall can cut down the resistance.If the flow pattern transits from the hy-draulic smooth region to the mixed friction region, it is inappropriate to calculate friction coefficient only by the empirical formu-las, and numerical simulation is the method that should be considered.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】7页(P101-106,110)【关键词】输油管道;粗糙度;沿程阻力;FLUENT;数值模拟【作者】姚雪蕾;袁成清;付宜风;白秀琴【作者单位】武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所，武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室，武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所，武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室，武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所，武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室，武汉430063;武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所，武汉430063; 武汉理工大学船舶动力工程技术交通行业重点实验室，武汉430063【正文语种】中文【中图分类】TE832;P756.2随着计算流体动力学的发展，利用FLUENT分析粘性流体在管道中的阻力特性已经得到了很多实用性的成果，如针对粗糙的管壁[1-4]或者是产生局部阻力损失的典型阀件(突扩管、三通管、弯管等)[5-6]，通过数值模拟的方法可以模拟出常规实验无法得到的不同流场的各种信息。
