一种随高程变化的附加压头的计算方法

文档序号:9844273阅读:5292来源:国知局
一种随高程变化的附加压头的计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种附加压头的计算方法,尤其涉及一种随高程变化的附加压头的计算方法,属于燃气输配室内管领域。
【背景技术】
[0002]由于空气与燃气密度不同,当管道始、末端存在标高差时,在燃气管道中将产生附加压头。对始末端高程差值变化甚大的个别管段,包括建筑物的室内的低压燃气管道,必须将附加压头计算在内。
[0003]在现有技术中,一般是根据比如上海市工程建设规范《城市煤气、天然气管道工程技术规程》(DGJ08-10-2004)中和国家标准《城镇燃气设计规范》(GB50028-2006)给出的公式Δ =H*g*(pa-pg)来计算,式中Δ--附加压头,单位:Pa;H--高程差,单位:m;g--重力加速度,标准值为:9.8,单位:m/s2; Pa--空气密度,标准值为:1.293,单位:kg/Nm3 ;
Pg--燃气密度,单位:kg/Nm3。
[0004]然而,如果按照现有的附加压头的计算方法计算附加压头,会造成得出的室内管上升时产生的附加压头偏大,原因为:(I)现有方法的计算公式中,空气的密度以及燃气密度是不随高程变化而变化。而实际上,空气和燃气的密度是随高程的上升而减小,并且随高程的上升空气密度减小的绝对值大于燃气密度减小的绝对值,受之影响,随天然气高程上升而产生的附加压头比按公式(hs-luMPa-Pghg计算的值稍微偏小;(2)现有方法中,灶前额定压力也是恒定的,家用天然气灶前额定压力为2000Pa。而实际上,灶前额定压力是随高程的上升而稍微增大,原因是此时空气密度减少,为保证燃具的一次空气量,需要提高燃具喷嘴处的燃气动压,增大引射强度,因此受之影响,天然气的附加压头相应地也稍微偏小。

【发明内容】

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是提供一种能够精确地计算室内管上升时产生的附加压头的方法。
[0006]为实现上述目的,本发明提供了一种随高程变化的附加压头的计算方法,包括以下步骤:
[0007]给定高程为Iu= O米时的标准大气压力Pal和高程为^时的当地燃气密度Pgl,确定高程为h2时的当地大气压力Pa2和高程为112时的当地燃气密度Pg2;
[0008]根据公式Δ来计算随高程变化的附加压头Λ !,其中,hi为初状态高程,h2为末状态高程,g为重力加速度,标准值为9.8m/s2。
[0009]其中,公式Δ是根据竖直管道内燃气水力计算的基本公式伯努利方程得到的,具体推导过程如下:
[0010]根据伯努利方程:Pji+(l/2)*Pg*vi2+Pg*g*hi= Pj2+(l/2)*Pg*V22+Pg*g*h2+Pi1-2,其中,下标I代表初状态,Iu为初状态高程;下标2代表末状态,h2为末状态高程,单位为m;Pj为天然气静压力,单位为Pa(绝对压力);
[0011](1/2 )*pg*v2为天然气动压力Pd,单位为Pa;其中,V为天然气实际流速,单位为m/s;
[0012]pg*g*h为天然气因高程引起的位置势能压头,单位为Pa;
[0013]Pn-2为天然气因沿程摩擦阻力引起的压力损失,单位为Pa;
[0014]令P’=Pj+(l/2)*Pv2,为全压力(即绝对压力,单位为Pa),由于P’=P+Pa(其中P为相对全压力,PaS当地大气压力),
[0015]由上述伯努利方程的左边:
[0016]Pji+(1/2) *Pg*vi2+Pg*g*hi = Pi ’ +pg*g*hi = Pi+Pai+Pg*g*hi ;
[0017]由上述伯努利方程的右边:
[0018]P j2+(I /2) *Pg* V22+Pg*g*h2+Pi1-2 = P2,+Pg*g*h2+Pi1-2 = P2+Pa2+Pg*g*h2+Pi1-2 ;
[0019]得至lj:Pi+Pai+Pg*g*hi = P2+Pa2+Pg*g*h2+Pi1-2,
[0020]因此,附加压头Δ I = P2-Pl = Pal-Pa2-g* ( Pg2*h2-Pgl*hl ) -Pll-2 ,
[0021]若不考虑沿程摩擦阻力引起的压力损失Pn-2,则得到所述随高程变化的附加压头A I的计算公式:Δ l = Pal-Pa2-g*(Pg2*h2-Pgl*hl)。
[0022]进一步地,若考虑到燃气密度Pg随着高程的逐步升高而不断减少,则根据公式
[0023]A2 = Pal-Pa2-g*2[ (PgWPg2)AXh2LV)来计算对随高程变化的附加压头,其中,112’-111’为112-111的微分单元;
[0024]公式Δ 2 = Pal-Pa2-g* Σ [ (Pgl+Pg2)/2]*(Il2 ’-hi ’)通过以下过程得出:
[0025]由于燃气密度Pg随着高程的逐步升高而不断减少,根据燃气随高程变化的关系式:Pg2 = (Pa2/Pai) *Pgi,其中,pg2是高程为匕时的当地燃气密度,单位为kg/m3; Pgl是高程为In时的当地燃气密度,单位为kg/m3,
[0026]并对Δ l = Pal-Pa2-g*(Pg2*h2-Pgl*hl)中的 g*(Pg2#12-Pgl*hl)项依次进行微分和积分处理,则:
[0027]g*(Pg2*h2-Pgi*hi) =g* Σ [ (Pgi+Pg2)/2]*(h2,-hi,),
[0028]因此随高程变化的附加压头
[0029]进一步地,其中g* Σ [(Pgi+Pg2)/2]*(h2’-hi’)的结果值能够通过Excel表计算得出。
[0030]进一步地,项[(Pgi+Pg2)/2]*(h2’-hi’)中,取h2’-hi’ = 2米,可以满足实际所需的计算精度。
[0031]进一步地,根据灶前额定压力Pn与大气压力Pa成反比的关系:Pn2=(Pal/Pa2)*Pnl,以及当海拔高度在IlKm以下时,大气压力随高程变化的关系式Pa=101.325*(l-0.02257h)5.256,其中,Pa为大气压力(单位为kPa),h为海拔高度(即高程,单位为km);Pn2是高程为匕时的灶前额定压力,单位为kPa;Pni是高程为hi = 0米时的标准灶前额定压力,单位为kPa;对于家用天然气,Pni为2.0kPa;
[0032]因此,随高程变化的附加压头的计算还考虑大气压力随高程的变化和灶前额定压力随高程的变化;
[0033]若还考虑灶前额定压力随高程的变化引起的附加压头,则随高程变化的附加压头
Δ = Δ 2+ Δ 3 ;
[0034]其中,Δ2 = Pal-Pa2-g* Σ [ ( Pgl+Pg2 )/2 ] * (ll2,—hi,),Δ 3 = Pnl-Pn2 = Ρη1~ (Pal/Pa2 ) *Pnlo
[0035]本发明还提供了另一种随高程变化的附加压头的计算方法,包括以下步骤:
[0036]给定空气密度pa和燃气密度Pg,通过公式Δ计算随高程变化的附加压头A1;
[0037]其中,H为高程差,H=h2_h1;f为精度调整系数,对应不同高程的取值:当高程为O?234米,取f为0.82;高程为235?510米,取f为0.81;以此类推,直至高程为11km。
[0038]与现有的计算附加压头的方法相比,经在O?510米高程范围内验算,本发明的计算附加压头的方法的精度提高了 18 %?19 %,且高程越大精度越高。
【具体实施方式】
[0039]下面将结合具体实施例对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0040]实施例1:
[0041]本实施例提供了一种随高程变化的附加压头的计算方法,包括以下步骤:
[0042]给定高程为Iu= O米时的标准大气压力Pal和高程为In时的当地燃气密度Pgl,确定高程为h2时的当地大气压力Pa2和高程为匕时的当地燃气密度Pg2;
[0043]根据公式Δ l = Pal-Pa2-g*(Pg2*h2-Pgl*hl)计算随高程变化的附加压头Δ:L,其中,hi为初状态高程,h2为末状态高程,g为重力加速度,标准值为9.8m/s2。
[0044]其中,公式ΔFP^-P^-gKpgWl^-pgi^ii)是根据竖直管道内燃气水力计算的基本公式伯努利方程得到的,具体推导过程如下:
[0045]根据伯努利方程:Pji+(l/2)*Pg*vi2+Pg*g*hi= Pj2+(l/2)*Pg*V22+Pg*g*h2+Pi1-2,其中,下标I代表初状态,hi为初状态高程;下标2代表末状态,h2为末状态高程,单位为m;Pj为天然气静压力,单位为Pa(绝对压力);
[0046](l/2)*Pg*v2为天然气动压力Pd,单位为Pa;其中,V为天然气实际流速,单位为m/s;
[0047]pg*g*h为天然气因高程引起的位置势能压头,单位为Pa;Pn—2为天然气因沿程摩擦阻力引起的压力损失,单位为Pa;
[0048]令P’=Pj+(l/2)*Pv2,为全压力(即绝对压力,单位为Pa),由于P’=P+Pa(其中P为相对全压力,PaS当地大气压力),
[0049]由上述伯努利方程的左边:
[0050]Ρ」ι+( 1/2 )*Pg*vi2+Pg*g*hi = Pi ’ +pg*g*hi = Pi+Pai+Pg*g*hi ;
[0051]由上述伯努利方程的右边:
[0052 ] Pj2+ ( I/2 ) *Pg*V22+Pg*g*h2+Pll-2 = P2 ’ +Pg*g*h2+Pll-2 = P2+Pa2+Pg*g*h2+Pll-2 ;
[0053]得至lj:Pi+Pai+Pg*g*hi = P2+Pa2+Pg*g*h2+Pi1-2,
[0054]
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