GERG气体摩阻系数方程及其显式化公式

预测天然气管道中天然气的流动,一个关键的问题是为摩阻系数λ的计算选择合适的公式,Colebrook-White方程并不是一个适用于所有流态的普适化摩阻系数计算公式。介绍了新的气体摩阻系数GERG方程,该方程的适用范围较宽,计算时在一定情况下可以替代著名的Colebrook-White方程、Zegarola关联式;并可根据已知的数值,通过调整方程的参数,得出目前所有典型摩阻系数方程给出的计算值。但GERG方程为摩阻系数λ的隐式方程,求解过程较复杂,因此提出了该方程的显式形式,显式公式的验证计算表明:新公式的精确度较高,计算时间相对较短,可避免隐式方程求解的迭代算法。

计算隐式摩阻系数方程数值解的简便方法

摩阻系数是石油化工及长输管道系统设计的关键参数之一。文章介绍了计算粗糙管紊流状态时摩阻系数的典型方法:Colebrook-White方程、Zegarola方程和GERG方程,它们是摩阻系数λ的隐式方程,使用迭代算法计算耗时过多。为此研究了利用几种主要数值计算软件的求解方法,最终表明采用MATLAB的精度控制函数(vpa函数),程序编写简单,运行速度快,且可以设置任意位数的精度。

摩阻系数方程对比研究

重点介绍了GERG（Groupe Europrende Recherches Gazieres）公司提出的GERG摩阻系数方程，将该摩阻系数方程与Weymouth方程、Zegarola方程、经典的Colebrook—White摩阻系数方程应用实际运行数据计算，经过对比分析得出：Weymouth方程适用于管壁粗糙度k为20～30μm的管道；Zegarola方程适用于从光滑管道粗糙管流态剧烈变化的摩阻系数计算；在进行当量粗糙度反算时，建议使用Colebrook—White方程，避免出现不合理的数值；当GERG摩阻系数方程中的可调节参数n=l时与Colebrook—White摩阻系数方程计算结果接近；当GERG摩阻系数方程中的可调节参数n≥9时，摩阻系数计算结果趋于稳定；n值反映了流态的变化，其数值的设定与反映流态的雷诺数一致时结果准确。