1.4 Усталена ізотермічна течія газу в трубах.

Усталений рух газу в трубах характеризується сталою величиною масової витрати по всій довжині газопроводу, незмінністю в часі параметрів стану газу в кожному перерізі газопроводу і зміною цих параметрів вздовж потоку за рахунок втрат енергії на тертя і в місцевих опорах.

Основою розрахунку будь-якого газопроводу є розрахунок його лінійної частини. В ході цього розрахунку за відомою величиною масової витрати визначаєтъся діаметр трубопроводу і розподіл тиску вздовж трубопроводу. Можливий також розв'язок зворотної задачі, коли через відомий перепад тиску для трубопроводу даної конфігурації визначається масова витрата газу.

В ході таких розрахунків внутрішній діаметр газопроводів, як правило, приймається постійним ( ). Швидкість течії газу в газопроводах рідко перевищуе величину 60 - 70 м/с, а тому число Маха значно менше одиниці, тобто реалізується дозвукова швидість течії, і тільки в окремих місцевих опорах (в засувах, клапанах, соплах, дифузорах, тощо) швидкість газу може сягати місцевої швидкості звуку.

Розрізняють газопроводи короткі і довгі, високого, серед-нього і низького тисків. До коротких газопроводів відносять технолопчні газопроводи газозбірних пунктів, установок очистки і осушення газу, газорозподільних і компресорних станцій. Довгі або магістральні газопроводи призначені для транспорту газу на значні відстані. Як правило, це газопроводи середнього (1,2 - 2,5 МПа) і високого тиску (бшьше 2,5 МПа).

Вихідним рівнянням для розрахунку газопроводів є рівняння енергії в механічній формі запису (2.56) без доданку, який відповідає технічній роботі газу, оскільки під час транспорту газ не виконує ніякої роботи:

(1.31)

При розрахунках газопроводів в більшості випадків нехту-ють перепадом нівелірних висот (величина в рівнянні (1.31)). Тоді, виразивши втрати енергії на тертя на ділянці газопроводу довжиною і діаметром через відому формулу Дарсі-Вейсбаха , отримаємо рівняння енергії у вигляді.

, (1.32)

де - коефіцієнт гідравлічного опору, величина якого визначається в залежності від режиму руху газу.

Для інтегрування рівняння (1.32) необхідно знати характер термодинамічного процесу, який має місце в газопроводі, з метою встановлення зв'язку між тиском і густиною газу.

Оскільки магістральні газопроводи не мають теплової ізо-ляції, то в результаті теплообміну з навколишнім середовищем температура газу в них близька до температури грунту на гли-бині їх укладання і вже на досить незначній віддалі від комп-ресорної станції течію газу з достатньою точністю можна вва-жати ізотермічною. Тоді, згідно рівняння стану для ізотерміч-ного процесу, маємо наступний взаємозв'язок між тиском і густиною газу в трубопроводі:

(1.33)

Згідно формули (1.33) падіння тиску в газопроводі супрово-джується зниженням густини газу внаслідок його розширення. Оскільки масова витрата при цьому залишається постій-ною, то відповідно буде зростати об'ємна витрата а також і швидкість течії газу, за умови поспйної площі поперечного перерізу труби ( ):

(1.34)