管道流量流速换算

概述

Flow Pipe Calc (流量管道换算)

Overview

本 skill 用于完成管道工程中流量、管径、流速三者的换算，以及气体标况/工况流量换算。核心依赖一个可直接执行的 Python 脚本 scripts/flow_pipe_calc.py，无需第三方依赖（仅标准库），通过命令行参数或 CSV 批量输入即可得到结果。

支持四种计算模式与两类流体介质：

流体介质：liquid（液体：水/油等不可压缩流体）、gas（气体：空气/蒸汽/天然气等可压缩流体）。

介质比重与质量流量

本 skill 支持引入介质比重（Specific Gravity, SG），让计算延伸到质量流量：

• 液体比重：相对水（ρ水=1000 kg/m³），如水=1.0、油≈0.85、汽油≈0.74
• 气体比重：相对空气标况（ρ空气=1.293 kg/m³），如空气=1.0、天然气≈0.554、蒸汽≈0.622、CO₂≈1.529

提供 --sg 后，所有模式会额外输出：工况密度 density_kg_m3 与质量流量 mass_flow_kgh。气体工况密度按 P/T 修正。

质量流量输入：用户给 kg/h 而非 m³/h 时，用 --mass-flow <kg/h> --sg <比重>，脚本自动换算为体积流量再计算。

管道材质规格选择

工程选管按公称直径 DN，但 DN 既非外径也非内径——真实内径 = 外径 − 2 × 壁厚，由材质和壁厚系列决定。本 skill 内置常见材质的标准管径系列（数据见 references/pipe_specs.md），指定材质后自动按真实内径计算，得到工程上更准确的结果。

可选材质（--material）与壁厚系列（--schedule）：

用 --list-materials 可随时列出。两种使用方式：

1. 已知 DN 反查内径：--dn DN100 --material carbon-steel --schedule Sch40 → 解析出实际内径 102.26 mm（而非 100）
2. flow2dia 自动选型：算出理论内径后给 --material + --schedule，脚本自动匹配最接近的标准管径（向上取整到内径≥理论值的最小规格），并反算选用该管后的实际流速/流量

首次加载行为（重要）

当本 skill 在一次会话中首次被触发时，按以下顺序处理（同一会话内只执行一次，后续触发直接进入计算）：

第 1 步：判断用户首条消息是否已是完整计算请求

• 完整请求（已含足够参数，如「DN100 流速 1.2 算流量」「1000 Nm³/h 20°C 0.5MPa 换算工况」）→ 先直接计算并给出结果，结果末尾再用一两句话提示「此 skill 支持 X/Y/Z，需要教程随时说」，不要打断计算。
• 非完整请求（仅说「流量管道换算」「这个怎么用」「帮助」或语义模糊）→ 进入第 2 步，主动展示使用说明。

第 2 步：展示使用说明（仅非完整请求时）

用简洁形式向用户展示能力地图，示例文案（可按需调整语气，但保持信息完整）：

📦 flow-pipe-calc 流量管道换算已就绪

我能帮你完成 4 类计算（公制单位：mm / m³·h⁻¹ / m·s⁻¹ / MPa）：

  ① 流量→管径  给我「流量 + 流速」，反算所需管道内径
  ② 管径→流量  给我「管径 + 流速」，算出流量
  ③ 流速计算    给我「管径 + 流量」，算出管内流速
  ④ 气体换算    标况 Nm³/h ↔ 工况 m³/h 互转（需温度+压力）

支持液体（水/油）和气体（空气/蒸汽/天然气）；
支持单次对话提问，也支持丢一个 CSV/Excel 给我批量算。

怎么问都行，例如：
  「DN100 管道流速 1.2 m/s 流量多少？」
  「流量 50 m³/h 流速 1.5 m/s 要多大管径？」
  「1000 Nm³/h，工况 20°C 0.5MPa，换算成工况流量」

第 3 步：提问是否需要使用教程

展示说明后，紧接着询问用户是否需要教程引导（一句话即可，不要长篇）：

需要我带你跑一个示例走一遍流程吗？（回复「要」即可）

• 用户回「要/yes/教程」等肯定 → 进入第 4 步教程。
• 用户直接抛出真实计算需求 → 跳过教程，直接计算。

第 4 步：使用教程（用户同意时执行）

用一个代表性示例带用户走完整流程，推荐用「管径→流量（液体）」最直观：

1. 说明：「我们用 DN100 水管道、流速 1.2 m/s 来演示。」
2. 执行：调用 --mode dia2flow --diameter 100 --velocity 1.2 --fluid liquid。
3. 解读：把输出整理成表格，解释「截面积 A、流量 Q 是怎么来的」。
4. 引导下一步：「你也可以试试反过来——给我流量和流速，我帮你选管径；或者给我气体工况，我做标/工况换算。」

教程结束后该会话内不再重复展示说明。

核心公式与单位约定

公制单位约定（务必遵循）：

• 管径 d：mm（内径）
• 流量 Q：m³/h（工况体积流量，液体/气体通用）
• 标况流量：Nm³/h（仅气体，0°C / 0.101325 MPa 标准状态）
• 流速 v：m/s（管内平均流速）
• 温度 t：°C（工况温度）
• 压力 P：MPa（表压；绝压 = 表压 + 0.101325）

核心关系式与气体标/工况换算公式详见 references/formulas.md，遇到公式疑问或需要向用户解释推导时加载该文件。关键常数：

Q(m³/h) = 2.8274 × 10⁻³ × d²(mm) × v(m/s)

重要：气体的流速必须用工况体积流量(m³/h)计算，不能直接用标况 Nm³/h 代入。脚本已自动处理此换算。

使用方式

Python 解释器路径

调用脚本时使用受管理的 Python 解释器，避免污染用户环境：

C:Usershchen-hw.workbuddybinariespythonversions3.13.12python.exe

脚本路径：C:Usershchen-hw.workbuddyskillsflow-pipe-calcscriptsflow_pipe_calc.py

决策流程

1. 判断用户给出的已知量 → 确定计算模式：
   • 给了「流量 + 流速」求管径 → flow2dia
   • 给了「管径 + 流速」求流量 → dia2flow
   • 给了「管径 + 流量」求流速 → velocity
   • 只要做气体标/工况换算 → gas-convert
2. 判断介质是液体还是气体。气体需额外确认工况温度和压力（默认 20°C / 0 MPa 表压）。
3. 确认流量单位：气体默认按 Nm³/h（标况），液体按 m³/h（工况）。用户明确说明单位时以用户为准。
4. 介质比重判断：
   • 用户提到比重/密度，或想知道质量流量（kg/h）→ 加 --sg <比重>
   • 用户直接给质量流量 kg/h → 用 --mass-flow <kg/h> --sg <比重>，自动转体积流量
   • 不确定比重时，可查 references/formulas.md 第 5 节或询问用户介质类型后按 SG_REF 默认值
5. 管道材质判断（让计算更准确的关键）：
   • 用户提到材质（碳钢/不锈钢/PVC/PE/PPR/铜）、提到 DN 公称直径、或问"选什么管" → 用 --dn + --material + --schedule
   • flow2dia 模式下用户想要选型 → 加 --material + --schedule，自动匹配标准管径并反算实际参数
   • 不确定材质时主动问："这是什么材质的管？碳钢/不锈钢/PVC/PE/PPR/铜？"，列出可选可调 --list-materials
6. 执行脚本，读取输出。若输出了 selected_dn / actual_velocity_ms，重点向用户说明"选了 DN几，实际流速变为多少"。
7. 如需批量（用户给了多组参数或 Excel/CSV 文件），走批量模式。

单次计算命令示例

脚本可加 --json 输出 JSON，便于程序化读取；不加则输出人类可读文本。

PY="C:Usershchen-hw.workbuddybinariespythonversions3.13.12python.exe"
SCRIPT="C:Usershchen-hw.workbuddyskillsflow-pipe-calcscriptsflow_pipe_calc.py"

# 流量→管径（液体，水）
"$PY" "$SCRIPT" --mode flow2dia --flow 28.27 --velocity 1.0 --fluid liquid

# 流量→管径（气体，1000 Nm³/h，工况 20°C / 0.5 MPa表压，流速 10 m/s）
"$PY" "$SCRIPT" --mode flow2dia --flow 1000 --velocity 10 --fluid gas 
    --flow-unit Nm3/h --temp 20 --pressure 0.5

# 管径→流量（液体）
"$PY" "$SCRIPT" --mode dia2flow --diameter 100 --velocity 1.0 --fluid liquid

# 管径→流量（气体，同时输出工况 m³/h 和标况 Nm³/h）
"$PY" "$SCRIPT" --mode dia2flow --diameter 100 --velocity 1.0 --fluid gas 
    --temp 20 --pressure 0.5

# 流速计算（液体）
"$PY" "$SCRIPT" --mode velocity --diameter 100 --flow 28.27 --fluid liquid

# 流速计算（气体，标况流量输入）
"$PY" "$SCRIPT" --mode velocity --diameter 100 --flow 1000 --fluid gas 
    --flow-unit Nm3/h --temp 20 --pressure 0.5

# 气体标/工况换算：1000 Nm3/h → m3/h
"$PY" "$SCRIPT" --mode gas-convert --flow 1000 --fluid gas 
    --from-unit Nm3/h --to-unit m3/h --temp 20 --pressure 0.5 --json

# 气体标/工况换算：1000 m3/h → Nm3/h
"$PY" "$SCRIPT" --mode gas-convert --flow 1000 --fluid gas 
    --from-unit m3/h --to-unit Nm3/h --temp 20 --pressure 0.5 --json

# === 增强功能：介质比重 + 质量流量 ===

# 加比重输出质量流量（水 sg=1.0，DN100 流速 1.2）
"$PY" "$SCRIPT" --mode dia2flow --dn DN100 --material carbon-steel --schedule Sch40 
    --velocity 1.2 --fluid liquid --sg 1.0 --json

# 质量流量输入 1000 kg/h 水 → 反算管径（自动转体积流量）
"$PY" "$SCRIPT" --mode flow2dia --mass-flow 1000 --sg 1.0 --velocity 1.0 --fluid liquid --json

# === 增强功能：管道材质规格 ===

# 列出可选材质
"$PY" "$SCRIPT" --list-materials

# flow2dia 自动选型：流量 50 m³/h 流速 1.2，碳钢 Sch40 → 自动匹配 DN125 并反算实际流速
"$PY" "$SCRIPT" --mode flow2dia --flow 50 --velocity 1.2 --fluid liquid 
    --material carbon-steel --schedule Sch40 --json

# 已知 DN 反查真实内径算流量（DN100 碳钢 Sch40 实际内径 102.26mm，比用 100 更准）
"$PY" "$SCRIPT" --mode dia2flow --dn DN100 --material carbon-steel --schedule Sch40 
    --velocity 1.2 --fluid liquid --json

批量计算（CSV）

当用户提供多组参数，或直接给 Excel/CSV 文件时，用批量模式。输入 CSV 列定义（按需填写，缺省用默认值：液体 temp=20、pressure=0）：

注意：CSV 每行字段数必须与表头列数一致（15 列），用空值表示该行不使用该参数。切勿多写或少写逗号，否则字段错位。模板见 assets/batch_template.csv。

"$PY" "$SCRIPT" --batch assets/batch_template.csv --output <输出路径.csv>

批量输出 CSV 含每行结果与 status 列（ok/error），出错行会带 error 字段而非中断整批。

验算基准（便于核对脚本输出正确性）

输出与交付

• 单次计算：直接把脚本输出（文本或 JSON 解析后）呈现给用户，必要时整理成表格或换算说明。
• 批量计算：把输出 CSV 路径通过 present_files 呈现给用户，并口头汇总行数与异常行。
• 若用户需要可视化（如管径-流量关系曲线），可基于脚本结果另行用 show_widget 渲染图表，不必修改本脚本。

边界与限制

• 公式基于圆形直管、理想气体假设；非圆管、高压真实气体偏差大时需引入压缩因子等修正（超出本 skill 范围）。
• 不计算沿程/局部阻力与压降（用户需求明确时再扩展）。
• 管径结果为理论内径，工程选型需对齐到标准管径系列并考虑壁厚/粗糙度。
• 质量流量换算需介质密度，参考值见 references/formulas.md 第 5 节，实际工况密度须用户确认。