Расход газа по диаметру трубопровода
Расход газа по диаметру трубопровода
Расход газа через трубопровод можно рассчитать по следующей формуле:
«`
Q = (π D^2 / 4) v ρ
«`
где:
Q — расход газа в единицах объема в секунду (например, м³/с)
π — постоянная Пи (примерно 3,14)
D — внутренний диаметр трубопровода в метрах
v — средняя скорость потока газа в метрах в секунду
ρ — плотность газа в килограммах на кубический метр
Плотность газа
Плотность газа зависит от его температуры, давления и состава. Для идеальных газов плотность можно рассчитать по следующей формуле:
«`
ρ = P M / (R T)
«`
где:
P — абсолютное давление в паскалях
M — молярная масса газа в килограммах на моль
R — универсальная газовая постоянная (8,314 Дж/моль·K)
T — абсолютная температура в кельвинах
Средняя скорость потока
Обычно средняя скорость потока рассчитывается по эмпирическим формулам, таким как:
Формула Дарси-Вейсбаха:
«`
v = √(8 g ΔP L) / (f ρ D)
«`
где:
g — ускорение свободного падения (9,81 м/с²)
ΔP — перепад давления между начальной и конечной точками трубопровода в паскалях
L — длина трубопровода в метрах
f — коэффициент трения Дарси
Формула Хейзена-Вильямса:
«`
v = C D^(2/3) S^(1/2)
«`
где:
C — коэффициент шероховатости труб (зависит от материала и состояния поверхности трубы)
S — уклон трубопровода (перепад высот на единицу длины)
Пример
Для расчета расхода природного газа через трубопровод диаметром 0,2 метра, длиной 100 метров и перепадом давления 100 кПа при температуре 20°C и давлении 100 кПа, используем плотность воздуха при этих условиях (1,185 кг/м³):
Сначала рассчитаем плотность газа:
«`
ρ = 100000 / (8,314 293) = 1,185 кг/м³
«`
Затем рассчитаем среднюю скорость потока по формуле Хейзена-Вильямса, принимая коэффициент шероховатости C = 100 (для стальной трубы) и уклон S = 0,001 (1 метр перепада высот на 1000 метров длины):
«`
v = 100 0,2^(2/3) 0,001^(1/2) = 0,224 м/с
«`
Наконец, рассчитаем расход газа:
«`
Q = (π 0,2^2 / 4) 0,224 1,185 = 0,0061 м³/с
«`
Обратите внимание, что это всего лишь приблизительный расчет, и фактический расход газа может варьироваться в зависимости от реальных условий.