管径选择与管道压力降计算 PS304-03
度。通常，当系统的出口压力等于或小于入口绝对压力的一半时，将达到声速。达到 声速后系统压力降不再增加，即使将流体排入较达到声速之处压力更低的设备中(如大气)，流速仍不会改变。对于系统条件是由中压到高压范围排入大气(或真空)时，应判断气体状态是否达到声速，否则计算出的压力降可能有误。 气体的声速按以下公式计算：
103kRTuc?M (2.2.2—6) 绝热流动
103RTuc?M (2.2.2—7) 等温流动 式中
uc——气体的声速，m／s； k——气体的绝热指数；
R——气体常数，8.314kJ／(kmol·K)； T——气体的绝对温度，K； M——气体的分子量。
b. 临界流动判别。通常可用下式判别气体是否处于临界流动状态，下式成立时，即达到临界流动。
P2P10.605T2?GGcniT1k (2.2.2—8)
c. 临界质量流速
1MT1 (2.2.2—9) GC?11P式中
P1、P2——分别为管道上、下游气体的压力，kPa；
G1、G2——分别为气体的质量流速和临界质量流速，kg／(m2·s)； T1、T2——分别为管道上、下游气体温度，K； Gcni——参数，见式(2.2.2—14)，kg／(m2·s)； G——气体的质量流速，kg／(m2·s)。 其余符号意义同前。
(5) 管道中气体的流速应控制在低于声速的范围内。 2.2.2.3 管道压力降计算
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管径选择与管道压力降计算 PS304-03
(1) 摩擦压力降 a. 等温流动
当气体与外界有热交换，能使气体温度很快地按近于周围介质的温度来流动，如煤气、天然气等长管道就属于等温流动。 等温流动计算式如下：
?LWG2?Pf?6.26?10g5d?m (2.2.2—10)
3式中
⊿Pf——管道摩擦压力降，kPa； g——重力加速度，9.81m／s2； λ——摩擦系数，无因次； L——管道长度，m； WG——气体质量流量，kg／h； d——管道内直径，mm；
ρm——气体平均密度，kg／m：
?m???1??2?3??2 (2.2.2—11)
ρ1、ρ2--分别为管道上、下游气体密度，kg／m3。 b. 绝热流动 (a) 假设条件
对绝热流动，当管道较长时(L>60m)，仍可按等温流动计算，误差一般不超过5％，在工程计算中是允许的。对短管可用以下方法进行计算，但应符合下列假设条件：
① 在计算范围内气体的绝热指数是常数； ② 在匀截面水平管中的流动；
③ 质量流速在整个管内横截面上是均匀分布的； ④ 摩擦系数是常数。 (6) 计算步骤
可压缩流体绝热流动的管道压力降计算辅助图见图2.2.2所示。 ① 计算上游的质量流速
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管径选择与管道压力降计算 PS304-03
G1＝WG／A(G1＝G，G1即图2.2.2中G) (2.2.2—12)
② 计算质量流量
WG?1.876?10?2P1d2③ 计算参数(Gcni)
Gcni?6.638P1M?G????T1?Gcni?? (2.2.2—13)
MT1 (2.2.2—14)
④ 假设N值，然后进行核算 N??LD (2.2.2—15)
⑤ 计算下游压力(P2)，根据N和G1／Gcni值，由图2.2.2查得P2／P1值，即可求得下游压力(P2)。 式中
G——气体的质量流速，kg／(m2·s)；
G1——上游条件下气体的质量流速，kg／(m2·s)； WG——气体的质量流量，kg／s； W——气体的质量，kg； A——管道截面积，m2； P1——气体上游压力，kPa； d——管道内直径，mm； M——气体分子量； T1——气体上游温度，K；
Gcni——无实际意义，是为使用图2.2.2方便而引入的一个参数，kg／(m2·s)； N——速度头数； λ——摩擦系数； L——管道长度，m； D——管道内直径，m。 c. 高压下的流动
当压力降大于进口压力的40％时，用等温流动和绝热流动计算式均可能有较大误差，在这种情况下，可采用以下的经验公式进行计算：
(a) 巴布科克式 (巴布科克式即Babcock式)
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(2.2.2—16)
式中
⊿Pf——摩擦压力降，kPa； WG——气体的质量流量，kg／h； L——管道长度，m；
ρm——气体平均密度，kg／m3； d——管道内直径，mm。
本式用于蒸汽管的计算，在压力等于或小于3450kPa情况下结果较好，但当管径小于100mm时，计算结果可能偏高。 (b) 韦默思式 (韦默思式即Weymouth式)
(2.2.2—17)
式中
VG——气体体积流量，m3(标)／s，(标)——标准状态； d——管道内直径，mm；
P1、P2——分别为管道上、下游压力，kPa；
γ——气体相对密度。气体密度与相同温度、压力下的空气密度之比；
L——管道长度，km； T——气体绝对温度，K。
本式用于在310～4240kPa压力、管道直径大于150mm的稳定流动情况下，计算天然气管道压力降的结果较好。对相对密度接近0.6，常温，流速为4.5～9.0m／s，直径为500mm～600mm的气体管道也适用。 (c) 潘汉德式 (潘汉德式即Panhandle式)
(2.2.2—18)
式中
E——流动效率系数； L——管道长度，km。
对于没有管道附件、阀门的水平新管，取E＝1. 00；
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管径选择与管道压力降计算 PS304-03
工作条件较好，取E＝0.95； 工作条件一般，取E＝0.92； 工作条件较差，取E＝0.85。 其余符号意义同前。
本式用于管道直径在150mm～600mm，Re＝5×106～1.4×107的天然气管道，准确度较式(2.2.2—17)稍好。 (d) 海瑞思式(海瑞思式即Harris式)
2LVG?Pf?7.34?105.31Pdm (2.2.2—19)
5式中
Pm——气体平均压力，kPa
Pm?P1?P22 (2.2.2—20)
其余符号意义同前。
本式通常用于压缩空气管道的计算。 (2) 局部压力降
局部压力降和“单相流(不可压缩流体)”一样，采用当量长度或阻力系数法计算，在粗略计算中可按直管长度的1.05～1.10倍作为总的计算长度。 (3) 速度压力降
速度压力降采用“单相流(不可压缩流体)”的管道一样的计算方法。 在工程计算中对较长管道此项压力降可略去不计。 (4) 静压力降
静压力降计算与“单相流(不可压缩流体)”压力降中的方法相同，仅在管道内气体压力较高时才需计算，压力较低时密度小，可略去不计。 2.2.3 计算步骤及例题 2.2.3.1 计算步骤 (1) 一般计算步骤
a. “不可压缩流体”管道的一般计算步骤，雷诺数、摩擦系数和管壁粗糙度等的求取方法及有关图表、规定等均适用。 b. 假设流体流速以估算管径。
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