利用Excel软件计算提灌站损失扬程

□明可平/南充市顺庆区李家农业服务中心

利用Excel软件计算提灌站损失扬程

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为了节约能源和水资源，以管代渠、渠站一体化设计建设已成为提灌站建设的一个发展方向，因而输水管线较传统提灌站更长，水力设计计算与提灌站实际运行情况的准确程度，成为能否保证机组高效运行、节约成本的重要因素。在水力计算中，关键因素是阻力系数的确定。管材粗糙度、液体流速、液体温度、液体粘度、液体流态等都要影响沿程阻力系数的大小，因而液体与管路的阻力系数是一个动态值。要比较准确计算管路损失扬程，就要对多种情形下的管路损失一一进行计算，因而计算工作量很大。利用Excel软件的计算功能，对提灌站沿程阻力系数进行计算，不仅准确，而且简便，快速。下面用Microsoft Excel 2003来进行说明：

第一步：建立一个Excel文档，将工作簿sheet1命名为“基础数据表”。

在A1～A9中分别填入引号内的内容（下同）：“温度(℃)”、“5”、“10”、“15”、“20”、“25”、“30”、“40”、“50”。

在B1～B9录入：“运动粘度(m2/s)”、“0.00000178”、“0.00000152”、“0.00000131”、“0.00000114”、“0.00000101”、“0.0000009”、“0.00000081”、“0.00000066”。

第二步：将工作簿sheet2命名为“沿程损失扬程计算表”。

计算公式为：hf=λL/D×V2/（2g）

式中：λ——摩擦系数；

L——管道长度；

D——管道内径；

V——流速；

g——重力加速度。

将沿程损失扬程计算表单元格A1、B1合并，录入“项目”。

在C1～F1中录入“符号”、“单位”、“公式”、“原始数据”。

将A1～A10合并，录入“设计参数”。

在B2～B10中录入“液体流量”、“净扬程”、“圆周率”、“液体温度”、“管道材料”、“初定管道内径”、“管道内壁粗糙度”、“管道长度”、“重力加速度”。

在C2～C10中录入“Q”、“H净”、“π”、“t”、“”、“D”、“Δ”、“L”、“g”。

在D2～D10中录入“m3/s”、“m”、“无量纲”、“℃”、“”、“m”、“m”、“m”、“m/s2”。

选中单元格F5→“数据”→“有效性”→允许中选择“序列”→来源中填“0,5,10,15,20, 25,30,40,50”→点击“确定”，注意：在数据中填逗号时要填英文逗号。

将A11、B11合并，录入“项目”。

在C11～F11中录入“符号”、“单位”、“公式”、“计算结果”。

将A12～A21合并，录入“设计计算”。

在B12～B21中录入“管道经济内径”、“液体流速”、“液体运动粘度”、“雷诺系数”、“11D/Δ”、“445D/Δ”、“判定液体流态”、“沿程阻力系数近似值”、“沿程阻力系数”、“沿程损失扬程”。

在C12～C21中录入“D内”、“V”、“μ”、“Re”、“”、“”、“”、“λ近”、“λ”、“hf”。

在D12～D21中录入“m”、“m/s”、“m2/s”、“无量纲”、“无量纲”、“无量纲”、“无量纲”、“无量纲”、“无量纲”、“m”。

将E列设为文本格式，在E12～E21中录入“D内=（5.3Q3/H净）1/7”、“V=4Q/（πD2）”、“”、“Re=VD/μ”、“11D/Δ”、“445D/Δ”、“如果Re＜2300，显示"层流区"；如果2300≤Re＜11D/Δ，显示"紊流光滑管区"；如果11D/Δ≤Re＜445D/Δ，显示"紊流粗糙管过渡区"；如果445D/Δ≤Re，显示"阻力平方区"”、“如果液体流态是"紊流粗糙管过渡区"，那么λ近=0.11(Δ/D+68/Re)0.25，否则显示空白”、“如果液体流态是"层流区"，λ=64/Re；如果液体流态是"紊流光滑管区"，λ= (1.8LgRe-1.5)-2；如果液体流态是"紊流粗糙管过渡区"，那么λ= {-2Lg[Δ/(3.7D)+2.51λ近-0.5/Re]}-2；如果液体处于"阻力平方区"，λ= [1.74+2Lg（0.5D/Δ）]-2”、“hf=λL/D*V2/（2g）”。

在F12～F21中录入“=（5.3F2^3/F3）^(1/7)”、“=4*F2/（PI()*F7^ 2）”、“=LOOKUP(F5,基础数据表!A2:A9,B2:B9)”、“=F13*F7/F14”、“=11*F7/F8”、“=445*F7/F8”、“=IF（F15＜2300，"层流区"；IF（2300≤F15＜F16，"紊流光滑管区"；IF（F16≤F15＜F17，"紊流粗糙管过渡区"；"阻力平方区"）））”、“=IF（F18="紊流粗糙管过渡区"，0.11*（F8/F7+68/F15）^0.25，""）”、“=IF（F18="层流区"，64/F15，IF（F18="紊流光滑管区"，（1.8Log10（F15）^-1.5）^-2，IF（F18="紊流粗糙管过渡区"，（2Log10（F8/（3.7*F7）+2.51*F19^-0.5/F15））^-2，（1.74+2Log10（0.5*F7/F8）^-2）））”、“=F20*F9/F7*F13^2/（2*F10）”。

第三步：将工作簿sheet3命名为“局部损失扬程计算表”。

计算公式为：hj=ΣξV2/（2g）

式中：ξ——管路中各附件的流动阻力系数；

V——流速；

g——重力加速度。

将A1、B1单元格合并，填入“项目”。

在C1～H1中分别录入：“符号”、“单位”、“公式”、“单件局部阻力系数”、“数量”、“小计”。

将A2～A13单元格合并，填入“设计参数”；将A14、B14单元格合并，填入“项目”。

在C14～H14中分别录入：“符号”、“单位”、“公式”、“计算结果”、将G14、H14单元格合并，填入“备注”。

A15～A16单元格合并，填入“设计计算”。

在B2～B13中分别录入“45°弯头”、“90°弯头”、“正三通”、“闸阀”、“蝶阀”、“止回阀”、“拍门”、“渐粗接管”、“滤网”、“底阀”、“”、“合计”。

在C2～C13中分别录入“ξ1”、“ξ2”、“ξ3”、“ξ4”、“ξ5”、“ξ6”、“ξ7”、“ξ8”、“ξ9”、“ξ10”、“ξ11”、“∑ξ”。

在D2～D13中均录入“无量纲”。

在F2～F13中分别录入“0.15”、“0.3”、“2”、“0.1”、“0.11”、“1.7”、“1.7”、“0.25”、“3”、“5”、“”、“”。

在H2～H13中分别录入“=F2*G2”、“=F3*G3”、“=F4*G4”、“=F5*G5”、“=F6*G6”、“=F7*G7”、“=F8*G8”、“=F9*G9”、“= F10*G10”、“=F11*G11”、“=F12*G12”、“=SUM（H2：H12）”。

在B15～B16录入：“液体流速”、“局部损失扬程”。

在C15～C16录入：“V”、“hj”。

在D15～D16录入：“m/s”、“m”。

在E15～E16录入：“V=4Q/（πD2）”、“hj=∑ξV2/（2g）”。

在F15～F16录入：“=沿程损失计算表！F13”、“= ROUND(H13*F15^2/2/沿程损失计算表！F10,2)”。

为了更精确，可以根据实际情况修正局部损失扬程计算表中单元格F2～F12中的数据。比如：闸阀全开时，单元格F5是0.1，当只打开1/2时，单元格F5应是2.06；45°弯头R/D=1.5时（R：表示弯头弯曲半径，D：是管道内径，下同），单元格F2是0.15，当R/D=5时，单元格F2应是0.092；如要增加其他附件，在单元格F12前插入行，在插入行的H列中录入“=Fi*Gi”（注：i为行号）即可。

至此，损失扬程的计算表格设置完成。

实例说明：某提灌站，流量Q=0.0777778m3/s，HDPE管长度L=960m，管材内壁粗糙度Δ=0.00001m，管道内径D=0.1986m，提灌站几何扬程H净=44.5m，90°弯头4个，45°弯头3个，正三通2个，闸阀3个，止回阀1个，渐粗接管1个，水温30℃。

在“沿程损失扬程计算表”F2～F10中分别录入：“0.0777778”、“44.5”、“3.1415927”、“10”、“PE管”、“0.1986”、“0.00001”、“960”、“9.81”；注意：F7根据F12的值，对照管道的标准尺寸选择。

在“局部损失扬程计算表”G2～G12中分别录入：“3”、“4”、“2”、“3”、“0”、“1”、“1”、“2”、“0”、“0”、“0”；

当录完上述数据，损失扬程便自动出来了，提灌站总扬程H总=H净+hf+hj=44.5+21.01+3.16=68.67m。

最后选用了某公司生产的QJ280-70型水泵，电机功率90kW。经过现场测试，流量285m3/h，从压力表读数得知扬程63m，压力表高于进水面6.3m，测试总扬程69.3m，与计算基本相符。