含塵氣流通過管道摩擦阻力的計算方法

王新超，馬 強，張 松，李 陽，李安萌

(中國石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000)

由于管道氣力輸送過程的復雜性，目前在壓降計算方面多采用以試驗為基礎的經驗式或半經驗式。在各種方法中，管道摩擦阻力計算是極為重要同時也是最為困難的，是影響各壓降預測模型精準性的要素。因此對氣固兩相氣流摩擦阻力的分析研究無疑是十分必要的。

1 計算參數的確定

為了量化比較各公式的差異，本文選定了如表1所示的結構尺寸和條件參數值，數據處理后可獲得各計算參數。

表1 基本參數

根據上述實驗參數可以計算出：

(1)氣固兩相密度ρm

ρm=ρgε+ρp(1-ε)

式中：ρg為氣體密度，kg/m3；ρp為顆粒密度，kg/m3；ε為空隙率，m3/m3。

(2)氣體弗勞德數Frg

式中：Vg為氣體速度，m/s；D為管道直徑，m；g為重力加速度，m/s2；

(3)氣體雷諾數Reg

式中：ρg為氣體密度，kg/m3；Vg為氣體速度，m/s；D為管道直徑，m；μ為氣體粘度，Pa·s；

(4)顆粒雷諾數Rep

式中：ρp為顆粒密度，kg/m3；Vp為顆粒速度，m/s；dp為顆粒平均直徑，m；μ為氣體粘度，Pa·s；

(5)顆粒沉降速度Vt

Vt=1.74[dpg(ρp-ρg)/ρg]0.5

式中：dp為顆粒平均直徑，m；g為重力加速度，m/s2；ρp為顆粒密度，kg/m3；ρg為氣體密度，kg/m3。

(6)顆粒速度Vp

Wen.C.Y.[1]根據懸浮顆粒力平衡關系提出粉體顆粒速度計算方法：

Sankar等[2]從實驗得出了經驗關聯式：

式中：D為管道直徑，m；dp為顆粒平均直徑，m；g為重力加速度，m/s2；Vp為顆粒速度，m/s；Vg為氣體速度，m/s；Vt為沉降速度，m/s；θ為固氣質量比，kg/kg；ρg為氣體密度，kg/m3；ρp為顆粒密度，kg/m3；ε為空隙率，m3/m3。

圖1 顆粒速度的計算結果

通過比較兩公式的計算結果可以不難發現：Wen.C.Y.公式[1]迭代計算出顆粒速度與氣體速度相差不大；而Sankar公式的計算結果表明顆粒速度略小于氣體速度。……