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利用Excel軟件計算提灌站損失揚程

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為了節(jié)約能源和水資源，以管代渠、渠站一體化設(shè)計建設(shè)已成為提灌站建設(shè)的一個發(fā)展方向，因而輸水管線較傳統(tǒng)提灌站更長，水力設(shè)計計算與提灌站實際運行情況的準確程度，成為能否保證機組高效運行、節(jié)約成本的重要因素。在水力計算中，關(guān)鍵因素是阻力系數(shù)的確定。管材粗糙度、液體流速、液體溫度、液體粘度、液體流態(tài)等都要影響沿程阻力系數(shù)的大小，因而液體與管路的阻力系數(shù)是一個動態(tài)值。要比較準確計算管路損失揚程，就要對多種情形下的管路損失一一進行計算，因而計算工作量很大。利用Excel軟件的計算功能，對提灌站沿程阻力系數(shù)進行計算，不僅準確，而且簡便，快速。下面用Microsoft Excel 2003來進行說明：

第一步：建立一個Excel文檔，將工作簿sheet1命名為“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表”。

在A1～A9中分別填入引號內(nèi)的內(nèi)容（下同）：“溫度(℃)”、“5”、“10”、“15”、“20”、“25”、“30”、“40”、“50”。

在B1～B9錄入：“運動粘度(m2/s)”、“0.00000178”、“0.00000152”、“0.00000131”、“0.00000114”、“0.00000101”、“0.0000009”、“0.00000081”、“0.00000066”。

第二步：將工作簿sheet2命名為“沿程損失揚程計算表”。

計算公式為：hf=λL/D×V2/（2g）

式中：λ——摩擦系數(shù)；

L——管道長度；

D——管道內(nèi)徑；

V——流速；

g——重力加速度。

將沿程損失揚程計算表單元格A1、B1合并，錄入“項目”。

在C1～F1中錄入“符號”、“單位”、“公式”、“原始數(shù)據(jù)”。

將A1～A10合并，錄入“設(shè)計參數(shù)”。

在B2～B10中錄入“液體流量”、“凈揚程”、“圓周率”、“液體溫度”、“管道材料”、“初定管道內(nèi)徑”、“管道內(nèi)壁粗糙度”、“管道長度”、“重力加速度”。

在C2～C10中錄入“Q”、“H凈”、“π”、“t”、“”、“D”、“Δ”、“L”、“g”。

在D2～D10中錄入“m3/s”、“m”、“無量綱”、“℃”、“”、“m”、“m”、“m”、“m/s2”。

選中單元格F5→“數(shù)據(jù)”→“有效性”→允許中選擇“序列”→來源中填“0,5,10,15,20, 25,30,40,50”→點擊“確定”，注意：在數(shù)據(jù)中填逗號時要填英文逗號。

將A11、B11合并，錄入“項目”。

在C11～F11中錄入“符號”、“單位”、“公式”、“計算結(jié)果”。

將A12～A21合并，錄入“設(shè)計計算”。

在B12～B21中錄入“管道經(jīng)濟內(nèi)徑”、“液體流速”、“液體運動粘度”、“雷諾系數(shù)”、“11D/Δ”、“445D/Δ”、“判定液體流態(tài)”、“沿程阻力系數(shù)近似值”、“沿程阻力系數(shù)”、“沿程損失揚程”。

在C12～C21中錄入“D內(nèi)”、“V”、“μ”、“Re”、“”、“”、“”、“λ近”、“λ”、“hf”。

在D12～D21中錄入“m”、“m/s”、“m2/s”、“無量綱”、“無量綱”、“無量綱”、“無量綱”、“無量綱”、“無量綱”、“m”。

將E列設(shè)為文本格式，在E12～E21中錄入“D內(nèi)=（5.3Q3/H凈）1/7”、“V=4Q/（πD2）”、“”、“Re=VD/μ”、“11D/Δ”、“445D/Δ”、“如果Re＜2300，顯示"層流區(qū)"；如果2300≤Re＜11D/Δ，顯示"紊流光滑管區(qū)"；如果11D/Δ≤Re＜445D/Δ，顯示"紊流粗糙管過渡區(qū)"；如果445D/Δ≤Re，顯示"阻力平方區(qū)"”、“如果液體流態(tài)是"紊流粗糙管過渡區(qū)"，那么λ近=0.11(Δ/D+68/Re)0.25，否則顯示空白”、“如果液體流態(tài)是"層流區(qū)"，λ=64/Re；如果液體流態(tài)是"紊流光滑管區(qū)"，λ= (1.8LgRe-1.5)-2；如果液體流態(tài)是"紊流粗糙管過渡區(qū)"，那么λ= {-2Lg[Δ/(3.7D)+2.51λ近-0.5/Re]}-2；如果液體處于"阻力平方區(qū)"，λ= [1.74+2Lg（0.5D/Δ）]-2”、“hf=λL/D*V2/（2g）”。

在F12～F21中錄入“=（5.3F2^3/F3）^(1/7)”、“=4*F2/（PI()*F7^ 2）”、“=LOOKUP(F5,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表!A2:A9,B2:B9)”、“=F13*F7/F14”、“=11*F7/F8”、“=445*F7/F8”、“=IF（F15＜2300，"層流區(qū)"；IF（2300≤F15＜F16，"紊流光滑管區(qū)"；IF（F16≤F15＜F17，"紊流粗糙管過渡區(qū)"；"阻力平方區(qū)"）））”、“=IF（F18="紊流粗糙管過渡區(qū)"，0.11*（F8/F7+68/F15）^0.25，""）”、“=IF（F18="層流區(qū)"，64/F15，IF（F18="紊流光滑管區(qū)"，（1.8Log10（F15）^-1.5）^-2，IF（F18="紊流粗糙管過渡區(qū)"，（2Log10（F8/（3.7*F7）+2.51*F19^-0.5/F15））^-2，（1.74+2Log10（0.5*F7/F8）^-2）））”、“=F20*F9/F7*F13^2/（2*F10）”。

第三步：將工作簿sheet3命名為“局部損失揚程計算表”。

計算公式為：hj=ΣξV2/（2g）

式中：ξ——管路中各附件的流動阻力系數(shù)；

V——流速；

g——重力加速度。

將A1、B1單元格合并，填入“項目”。

在C1～H1中分別錄入：“符號”、“單位”、“公式”、“單件局部阻力系數(shù)”、“數(shù)量”、“小計”。

將A2～A13單元格合并，填入“設(shè)計參數(shù)”；將A14、B14單元格合并，填入“項目”。

在C14～H14中分別錄入：“符號”、“單位”、“公式”、“計算結(jié)果”、將G14、H14單元格合并，填入“備注”。

A15～A16單元格合并，填入“設(shè)計計算”。

在B2～B13中分別錄入“45°彎頭”、“90°彎頭”、“正三通”、“閘閥”、“蝶閥”、“止回閥”、“拍門”、“漸粗接管”、“濾網(wǎng)”、“底閥”、“”、“合計”。

在C2～C13中分別錄入“ξ1”、“ξ2”、“ξ3”、“ξ4”、“ξ5”、“ξ6”、“ξ7”、“ξ8”、“ξ9”、“ξ10”、“ξ11”、“∑ξ”。

在D2～D13中均錄入“無量綱”。

在F2～F13中分別錄入“0.15”、“0.3”、“2”、“0.1”、“0.11”、“1.7”、“1.7”、“0.25”、“3”、“5”、“”、“”。

在H2～H13中分別錄入“=F2*G2”、“=F3*G3”、“=F4*G4”、“=F5*G5”、“=F6*G6”、“=F7*G7”、“=F8*G8”、“=F9*G9”、“= F10*G10”、“=F11*G11”、“=F12*G12”、“=SUM（H2：H12）”。

在B15～B16錄入：“液體流速”、“局部損失揚程”。

在C15～C16錄入：“V”、“hj”。

在D15～D16錄入：“m/s”、“m”。

在E15～E16錄入：“V=4Q/（πD2）”、“hj=∑ξV2/（2g）”。

在F15～F16錄入：“=沿程損失計算表！F13”、“= ROUND(H13*F15^2/2/沿程損失計算表！F10,2)”。

為了更精確，可以根據(jù)實際情況修正局部損失揚程計算表中單元格F2～F12中的數(shù)據(jù)。比如：閘閥全開時，單元格F5是0.1，當只打開1/2時，單元格F5應(yīng)是2.06；45°彎頭R/D=1.5時（R：表示彎頭彎曲半徑，D：是管道內(nèi)徑，下同），單元格F2是0.15，當R/D=5時，單元格F2應(yīng)是0.092；如要增加其他附件，在單元格F12前插入行，在插入行的H列中錄入“=Fi*Gi”（注：i為行號）即可。

至此，損失揚程的計算表格設(shè)置完成。

實例說明：某提灌站，流量Q=0.0777778m3/s，HDPE管長度L=960m，管材內(nèi)壁粗糙度Δ=0.00001m，管道內(nèi)徑D=0.1986m，提灌站幾何揚程H凈=44.5m，90°彎頭4個，45°彎頭3個，正三通2個，閘閥3個，止回閥1個，漸粗接管1個，水溫30℃。

在“沿程損失揚程計算表”F2～F10中分別錄入：“0.0777778”、“44.5”、“3.1415927”、“10”、“PE管”、“0.1986”、“0.00001”、“960”、“9.81”；注意：F7根據(jù)F12的值，對照管道的標準尺寸選擇。

在“局部損失揚程計算表”G2～G12中分別錄入：“3”、“4”、“2”、“3”、“0”、“1”、“1”、“2”、“0”、“0”、“0”；

當錄完上述數(shù)據(jù)，損失揚程便自動出來了，提灌站總揚程H總=H凈+hf+hj=44.5+21.01+3.16=68.67m。

最后選用了某公司生產(chǎn)的QJ280-70型水泵，電機功率90kW。經(jīng)過現(xiàn)場測試，流量285m3/h，從壓力表讀數(shù)得知揚程63m，壓力表高于進水面6.3m，測試總揚程69.3m，與計算基本相符。