趙現(xiàn)彬

（國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院，北京　100095）

粗糙度對管道水力計算的影響分析

趙現(xiàn)彬

（國核電力規(guī)劃設(shè)計研究院，北京100095）

【摘要】在管道水力計算過程中，不同材質(zhì)的管道粗糙度不同，對局部阻力產(chǎn)生的影響也不同。本文介紹了一種修正局部阻力的計算方法，對工程中的計算具有較強(qiáng)的參考價值。

【關(guān)鍵詞】粗糙度；水力計算；管道

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提升，在工業(yè)和市政建設(shè)過程中，管道工程越來越復(fù)雜，投資越來越大。在一些大型工程中，管道綜合造價非常高，需要通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來選擇合適的管道材料，這個過程需要計算管道的固定投資和運行費用，再將兩者折算到同一基準(zhǔn)上進(jìn)行比較，其中運行費用是通過管道阻力（包括沿程和局部阻力）計算出的電費來體現(xiàn)的。

在工程上，根據(jù)管道布置不同，管道局部阻力占管道阻力的比重會有很大差異，一般情況下，局部阻力所占比重很大，局部阻力的計算正確與否將對結(jié)果產(chǎn)生很大影響。計算過程中，管件的局部阻力一般采用公式1：

式中：Δh為局部阻力

ζ為局部阻力系數(shù)

V為通過時的流速

g為重力加速度

公式1中的局部阻力系數(shù)ζ大多采用規(guī)范中的數(shù)據(jù)，而規(guī)范給出的要么是鋼制管件的局部阻力系數(shù)，要么不明確管道材料，容易造成誤用。

根據(jù)資料［1］，管壁粗糙度對彎管阻力損失有一定影響，單不是正比關(guān)系。如果在局部阻力計算過程中，不注意管材的粗糙度差異，采用相同的局部阻力系數(shù)，勢必會使存在計算偏差，可能得到不合理的結(jié)論。

為了解決這個問題，經(jīng)查閱相關(guān)資料［2］，局部阻力系數(shù)修正可按公式2：

Kb=Kb*CReC0Cf（2）

式中：Kb為修正后的局部阻力系數(shù)

Kb*為基本阻力系數(shù)

CRe為雷諾數(shù)修正系數(shù)

C0為出口管長度修正系數(shù)

Cf為粗糙度修正系數(shù)

由公式2可以看出，在其他條件不變的情況下，若只改變管材，即改變粗糙系度修正系數(shù)，修改后的局部阻力系數(shù)Kb仍然會受到影響，粗糙度修正系數(shù)與粗糙度的關(guān)系可表示為公式3：

Cf=fr/fs（3）

式中：fr為管路及彎頭的摩擦系數(shù)

fs為水力學(xué)光滑管摩擦系數(shù)結(jié)合公式2和3可以看出，修正后的局部阻力系數(shù)Kb與管路及彎頭的摩擦系數(shù)fr成正比關(guān)系，而fr可查閱莫特曲線獲得。

下面以新的鋼制和玻璃鋼90°彎頭為例，簡要介紹修正方法。

假定：假設(shè)水溫為20℃，管徑DN4000，流量36.6m3/s，流速2.913m/s，查資料可知鋼制彎頭局部阻力系數(shù)0.24，則鋼制彎頭局部阻力為0.104。計算同等條件下玻璃鋼彎頭局部阻力時，首先需要計算出雷諾數(shù)Re為1.17×107，查閱資料可知玻璃鋼管的相對粗糙度為5×10-5，新的焊接鋼管的相對粗糙度為8×10-5，查閱莫特曲線可得到玻璃鋼管的摩擦系數(shù)為0.017，新的焊接鋼管的摩擦系數(shù)為0.019，以鋼制彎頭的局部阻力為基準(zhǔn)，對鋼制管件局部阻力進(jìn)行折算，可得到修正后的玻璃鋼管局部阻力為0.093m，比鋼制彎頭小11%，可見管材對管路系統(tǒng)的阻力帶來的影響是很大的。實際工程中，由于管路布置都比較復(fù)雜，局部阻力占總阻力的比重都很大，計算中必須注意修正管材對阻力的影響，否則對計算的結(jié)果將產(chǎn)生很大的偏差，即影響計算的準(zhǔn)確性，又可能給工程帶來重大損失。

【參考文獻(xiàn)】

［1］郭曹虹.彎管阻力損失的理論及實驗研究［J］.華東理工大學(xué).

［2］張文斌等.電力工程水務(wù)設(shè)計手冊［M］.西北電力設(shè)計院.