鋼塑復(fù)合管輸送流體的經(jīng)濟(jì)性分析

郭 震 環(huán)

(太原市熱力公司，山西 太原 030012)

鋼塑復(fù)合管輸送流體的經(jīng)濟(jì)性分析

郭 震 環(huán)

(太原市熱力公司，山西 太原 030012)

利用公式對(duì)鋼塑復(fù)合管與鋼管的沿程阻力系數(shù)及單長(zhǎng)沿程阻力損失進(jìn)行了計(jì)算，通過(guò)分析得出阿里特蘇里公式適合鋼塑復(fù)合管水力計(jì)算，指出在內(nèi)徑、流量、比摩阻一定的情況下，鋼塑復(fù)合管與鋼管相比，輸送能耗可減小一半，輸送能力可增加34.2%～54.3%。

鋼塑復(fù)合管，輸送，系數(shù)，鋼管

鋼塑復(fù)合管與鋼管的內(nèi)表面粗糙度不同，且耐腐蝕和耐摩擦性能有很大區(qū)別，所以掌握鋼塑復(fù)合管的水力特性具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 沿程阻力系數(shù)

阿里特蘇里公式中當(dāng)Re很小時(shí)括號(hào)內(nèi)的第一項(xiàng)可忽略，公式實(shí)際上成為勃拉修斯光滑區(qū)計(jì)算公式[1]：

(1)

對(duì)室外熱水網(wǎng)路，水在鋼管熱水網(wǎng)路中的流動(dòng)狀態(tài)，大多處于阻力平方區(qū)內(nèi)。除式(1)外，普遍使用的是希弗林松計(jì)算公式[1]：

(2)

從式(2)可得，鋼管摩擦阻力系數(shù)只與鋼管的相對(duì)粗糙度有關(guān)，而與雷諾數(shù)無(wú)關(guān)。由于它的形式簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，因此，工程常采用。下面對(duì)不同流速下，式(1)計(jì)算摩擦阻力系數(shù)值與式(2)計(jì)算值進(jìn)行比較，見(jiàn)表1。

表1 不同流速下的摩擦阻力系數(shù)λ(一)

由表1可得，隨著流速的增加式(1)的摩擦阻力系數(shù)值減小，且趨于式(2)計(jì)算值。從式(1)和式(2)可知，當(dāng)雷諾數(shù)達(dá)到一定程度時(shí)，兩式計(jì)算值相等，在流速0.5 m/s及以上時(shí)，其誤差在2.5%以內(nèi)，且隨著流速的增加，其誤差越小，根據(jù)流體的流動(dòng)規(guī)律，流動(dòng)狀態(tài)處于紊流粗糙區(qū)(阻力平方區(qū))的流體，其摩擦阻力系數(shù)只與相對(duì)粗糙度有關(guān)，故選擇式(2)作為供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)鋼管的摩擦阻力系數(shù)的計(jì)算公式比較適合。

下面對(duì)供熱系統(tǒng)二次網(wǎng)鋼管的摩擦阻力系數(shù)與復(fù)合管的摩擦阻力系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，其計(jì)算值見(jiàn)表2。由于管徑，流量一定的情況下，摩擦阻力系數(shù)之比也是單為管長(zhǎng)摩擦阻力(比摩阻)之比。由表2可得，流速0.5 m/s下，鋼塑復(fù)合管沿程阻力損失大約是鋼管的58.9%；流速1.0 m/s下，鋼塑復(fù)合管沿程阻力損失大約是鋼管的51.3%；流速1.5 m/s下，鋼塑復(fù)合管沿程阻力損失大約是鋼管的48.1%；流速2.0 m/s下，鋼塑復(fù)合管沿程阻力損失大約是鋼管的46.0%；流速2.5 m/s下，鋼塑復(fù)合管沿程阻力損失大約是鋼管的44.7%；流速3.0 m/s下，鋼塑復(fù)合管沿程阻力損失大約是鋼管的43.8%。從以上分析可得隨著流速的增加鋼塑復(fù)合管的水力輸送能力的優(yōu)勢(shì)也在擴(kuò)大。在內(nèi)徑、流量一定的情況下，其輸送能耗大約能減小一半。當(dāng)鋼塑復(fù)合管和鋼管都處于阻力平方區(qū)時(shí)，根據(jù)式(2)計(jì)算摩擦阻力系數(shù)，鋼管摩擦阻力系數(shù)是鋼塑復(fù)合管的2.659倍，故鋼塑復(fù)合管具有巨大的節(jié)能潛力。

表2 不同流速下的摩擦阻力系數(shù)λ(二)

2 單長(zhǎng)沿程阻力損失

在相同單長(zhǎng)摩擦阻力下，鋼塑復(fù)合管和鋼管輸送量的增加能力。每米管長(zhǎng)的沿程損失(比摩阻)，可用流體力學(xué)的達(dá)西·維斯巴赫公式進(jìn)行計(jì)算[2，3]：

(3)

其中，λ為管段的摩擦阻力系數(shù)；ρ為熱媒的密度，kg/m3。

從式(3)中可以看出，在管徑和流量一定的情況下，摩擦阻力系數(shù)是影響管道沿程阻力損失的主要因素，并且摩擦阻力系數(shù)與管道比摩阻成正比。

由式(1)和式(3)可得鋼塑復(fù)合管每米管長(zhǎng)的沿程損失見(jiàn)式(4)：

(4)

由式(2)和式(3)可得鋼管每米管長(zhǎng)的沿程損失見(jiàn)式(5)：

(5)

根據(jù)式(4)和式(5)得相同比摩阻下，鋼管與復(fù)合管流速對(duì)應(yīng)值，見(jiàn)表3。

表3 相同比摩阻下，鋼管與復(fù)合管流速對(duì)應(yīng)值 m/s

由表3可得，在相同比摩阻下，鋼管流速0.5 m/s時(shí)，鋼塑復(fù)合管流速流量比鋼管流量增加34.2%；鋼管流速1.0 m/s時(shí)，鋼塑復(fù)合管流速流量比鋼管流量增加43.8%；鋼管流速1.5 m/s時(shí)，鋼塑復(fù)合管流速流量比鋼管流量增加48.5%；鋼管流速2.0 m/s時(shí)，鋼塑復(fù)合管流速流量比鋼管流量增加51.3%；鋼管流速2.5 m/s時(shí)，鋼塑復(fù)合管流速流量比鋼管流量增加53.1%；鋼管流速3.0 m/s時(shí)，鋼塑復(fù)合管流速流量比鋼管流量增加54.3%；從以上分析可得隨著流速的增加鋼塑復(fù)合管的水力輸送能力的優(yōu)勢(shì)也在擴(kuò)大。在內(nèi)徑、比摩阻一定的情況下，其輸送能力增加34.2%～54.3%。

3 結(jié)語(yǔ)

鋼塑復(fù)合管用于供熱二次網(wǎng)，其流體流動(dòng)狀態(tài)處于紊流過(guò)渡區(qū)，與鋼管輸送熱水處于紊流粗糙區(qū)不同，故摩擦阻力系數(shù)計(jì)算也不同。通過(guò)對(duì)比分析得阿里特蘇里公式適合鋼塑復(fù)合管水力計(jì)算，經(jīng)過(guò)與鋼管的水力計(jì)算對(duì)比分析得，在內(nèi)徑、流量一定的情況下，其輸送能耗大約能減小一半；在內(nèi)徑、比摩阻一定的情況下，其輸送能力增加34.2%～54.3%。

[1] 蔡增基,龍?zhí)煊?流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī)[M].第5版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] 石兆玉.供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)與控制[M].北京：清華大學(xué)出版社,1994.

[3] 賀 平,孫 剛.供熱工程[M].第4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.

Economic analysis of steel plastic composite pipe conveying fluid

GUO Zhen-huan

(TaiyuanHeatingPowerCo.,Ltd,Taiyuan030012,China)

This paper calculated the frictional resistance coefficient of steel plastic composite pipe and the single long frictional resistance loss using the formula, through the analysis gained the Alite Soviet formula suitable for steel plastic composite pipe hydraulic calculation, pointed out that under the situation of specific diameter, flow, frictional resistance, compared with steel plastic composite pipe and steel pipe, the transport energy consumption reduced by half, the conveying capacity could be increased by 34.2%～54.3%.

steel plastic composite pipe, conveying, coefficient, steel pipe

1009-6825(2014)03-0144-02

2013-11-18

郭震環(huán)(1970- ),男,工程師

TU833

A