第六章 通風管道的設計計算

1、1同濟大學同濟大學 機械工程學院機械工程學院暖通空調(diào)及燃氣研究所暖通空調(diào)及燃氣研究所2013年年第六章第六章通風管道的設計計算通風管道的設計計算2風管內(nèi)空氣流動的阻力風管內(nèi)的壓力分布通風管道的水力計算通風管道設計中的有關問題3空調(diào)系統(tǒng)設計的基本技能之一本章所說的“通風”管道是廣義的要應用有關的流體力學原理設計計算的目的：確定管道的尺寸為選擇空氣動力設備通風機提供依據(jù)在保證使用要求的前提下力求經(jīng)濟設計計算的步驟： 在計算所需風量和選定處理設備的基礎上，確定設備位置和管道走向；計算最不利環(huán)路流動阻力；平衡并聯(lián)環(huán)路阻力45摩擦阻力/沿程阻力空氣粘滯性空氣與管壁的摩擦局部阻力空氣流速及方向發(fā)生變化產(chǎn)生

2、渦流均表現(xiàn)為壓力的降低6在斷面形狀不變的直管段中，由于流體內(nèi)部及流體與管壁的摩擦所造成的能量損失71）圓形管道計算方法)26(22PalvDPm)36(/22mPavDRmRm 比摩阻PalRPmm關鍵在于確定比摩阻-摩擦阻力系數(shù)與管內(nèi)流動狀態(tài)、管壁粗糙度有關8確定比摩阻的方法：a）線算圖（P243） 圖的多種用法：由L、D求Rm由L、Rm求D由L、v求D、RmDLLvRm9b）計算表格10c）圖表的修正密度和粘度的修正1 . 0091. 00)/()/(momRR Rm-實際的單位長度摩擦阻力，Pa/mRmo-圖上查出的單位長度摩擦阻力，Pa/m-實際的空氣密度，kg/m3-實際的運動粘度系

3、數(shù)，m2/s溫度和大氣壓力的修正moBtmRKKR Kt-溫度修正系數(shù)KB-大氣壓力修正系數(shù)T-實際的空氣溫度，B-實際的大氣壓力，kPa825. 027320273tKt9 . 0)3 .101/(BKB11c）圖表的修正管壁粗糙度的修正mormRKR Kr-管壁粗糙度修正系數(shù)K-管壁粗糙度，mmv-管內(nèi)空氣流速，m/s粗糙度km0.15mm25. 0)(KvKr122）矩形管道計算方法 以當量直徑來查用圖表a）流速當量直徑 定義：與矩形風管的流速及比摩阻相同的圓形風管的直徑ABvAvBvA = vB RmA=RmBDB為A的流速當量直徑，記作DvbaabDv2 計算式：13b）流量當量直徑

4、 定義：與矩形風管的流量及比摩阻相同的圓形風管的直徑 計算式：)126(3 . 125. 0625. 0baabDL注意：查用表圖時必須對應使用流量和流量當量直徑或流速和流速當量直徑14表面光滑的風管（K=0.15mm），斷面尺寸500*400mm，流量=1m3/s，求比摩阻smv/54 . 05 . 01mmbaabDv44440050040050022查圖得Rm=0.61Pa/m15表面光滑的風管（K=0.15mm），斷面尺寸500*400mm，流量=1m3/s，求比摩阻smL/13mmbaabDL487)()(3 . 125. 0625. 0查圖得Rm=0.61Pa/m16176.1.2

5、局部阻力 在流量、流向及管道斷面形狀發(fā)生變化的局部由于渦流造成的能量損失1）計算方法：局部阻力系數(shù)法)136(22vZ阻力系數(shù)由實驗確定，制成圖表供查用18局部阻力系數(shù)舉例渦流造成的能量損失192）減小局部阻力的措施 在常用的通風系統(tǒng)總流動阻力中，局部阻力占主要比例 1.彎頭圓形風管彎頭曲率半徑一般應大于12倍管徑矩形風管彎頭斷面長寬比B/A越大，阻力越小矩形直角彎頭內(nèi)設導流片202.三通減小干管和支管間夾角保持干管和支管流速相當3.排風立管出口降低排風立管的出口流速減小出口的動壓損失管邊尖銳的傘形風帽帶擴散管的傘形風帽 =1.15 =0.621合流三通支管局部阻力系數(shù)直管局部阻力系數(shù)L2=支

6、管流量L3=總管流量保持干管與支管流速相當直管氣流引射支管氣流合流三通，L1=1.17m3/s(4200m3/h)，L2=0.78m3/s(2800m3/h)，L3=1.94m3/s(7000m3/h)，D1=500mm，D2=250mm，D3=560mm，v1=5.96m/s，V2=15.9m/s，V3=7.9m/s，=30，求三通的局部阻力22234.管道和風機的連接避免在接管處產(chǎn)生局部渦流245.避免突擴、突縮，用漸擴、漸縮=8o10o, 最大45o6.減少進出口的局部損失 2526 用圖形表達系統(tǒng)壓力分布情況，有利于設計、運行調(diào)節(jié)、問題診斷等壓力分布圖的繪制方法（歸納）1）確定壓力基準

7、線 通常為水平線，并以大氣壓為參照對象2）確定系統(tǒng)分隔斷面并編號 通常以流速、流向及流量變化的斷面為分隔斷面3）先繪制全壓線 從已知壓力點開始4）再繪制靜壓線 從全壓線向下減去動壓值271、Pq=Pd+Pj2、未開風機時，Pj=Pq=大氣壓大氣壓=03、風機開動后，Pq2= Pq1-(Rml+Z)1-2。4、Pm=Rml直線分布；Z集中分布 28入口斷面入口斷面1：Pq0=0Pq1=Pq0-Z1Pd1-2=(V1-22*)/2Pj1=Pq1-Pd1-2斷面斷面2前：前：Pq2=Pq1-Rm1-2l1-2Pd1-2=(V1-22*)/2Pj2=Pq2-Pd1-2斷面斷面2后：后：Pq2=Pq1-

8、Rm1-2l1-2-Z2Pd2-3=(V2-32*)/2Pj2=Pq2-Pd2-3由于由于V2-3 Pj229斷面斷面4：Pq4=Pq3-Z3-4Z3-4-漸縮管的局部阻力漸縮管的局部阻力風機風機5前：前：Pq5=Pq4-Rm4-5l4-5-Z5Z5-風機進口處局部阻力風機進口處局部阻力斷面斷面3：Pq3=Pq2-Rm2-3l2-330斷面斷面11前：前：斷面斷面11后：后：Pq11=Pd11 +Pj11Pj11=0Pq11=Pd11 = Pd11Pq11=Pq11+Z11Pq11=Pd11+Z11Z11-出口局部阻力出口局部阻力31斷面斷面10：斷面斷面9：Pq9=Pq10+Z9-10v增大

9、，增大，Pd9增大增大Pj9可能可能Pq，Pj03940目的確定各管段的管徑和阻力保證風量分配確定風機的型號416.3.1水力計算的方法1）假定流速法 先按技術經(jīng)濟要求確定流速，在根據(jù)風量確定管道尺寸和阻力2）壓損平均法 根據(jù)平均分配到每一管段上的允許（或希望）壓損來設計管道尺寸3）靜壓復得法 以管段起點因分流所產(chǎn)生的復得靜壓克服該管段流動阻力的原則來設計風管尺寸424300v0PqPjPdv0OR44目的：把等量的空氣沿風管均勻送出v0=*vjvdP=0PqPjvj= (2Pj/)0.5v0= *vj =* (2Pj/)0.5靜壓流速側孔出流速度=0.60.65孔口流量系數(shù)vj / vd1.

10、73均勻送風條件Pj不變45PqPjop靜壓法復得法的設計的壓力圖假設孔口流量系數(shù)，摩擦阻力系數(shù)為常數(shù)PjPjPjPd1,D1,Pq1已知總風量和各孔口出風量已知總風量和各孔口出風量計算孔口出流速度計算孔口出流速度v0計算側孔靜壓計算側孔靜壓Pj設計設計D1，保證，保證vj/vd1.73計算計算Pd1，Pq1v046PqPjop靜壓法復得法的設計的壓力圖假設孔口流量系數(shù)，摩擦阻力系數(shù)為常數(shù)PjPjPjp1-2=Rm1l1+Z1Pd2,vd2,D2Pq2計算管段計算管段1-2的阻力的阻力p1-2計算斷面計算斷面2全壓全壓Pq2計算斷面計算斷面2動壓動壓Pd2計算計算vd2，D21247(1) 多

11、分支風道：靜壓復得法特別適合于多條主風道，而每條主風道又有很多分支道，出風口或末端裝置均有相同的靜壓，對出風口或末端裝置的選型和系統(tǒng)的平衡工作大為簡化。(2)高速風道：為了使系統(tǒng)盡量經(jīng)濟，風機的風壓盡可能選得合理，使它沒有過剩的靜壓或基本接近所需的靜壓。圓形送風管道，8個等面積側孔等風量送風，v0=4.5m/s，總風量8000m3/h，孔間距為1.5m，確定孔口面積、各斷面直徑及總阻力。48v01.5m孔口面積靜壓流速靜壓49原理：假定（選定）各管段的合理流速，根據(jù)流量確定管道尺寸pPqPjo假定流速法的設計的壓力圖506.3.2假定流速法設計步驟：1）繪制系統(tǒng)草圖（軸測圖），劃分管段，對管段

12、編號、標注管段長度和相應流量，確定最不利環(huán)路 劃分管段的原則：流量與斷面尺寸不變的為同一管段 管段長度以中心線為界，不必扣除局部構件的長度 最不利環(huán)路：流動阻力最大的環(huán)路5112345678空調(diào)箱風機房間房間房間522）選定管段內(nèi)空氣流速 考慮因素：（1）流動阻力運行費用（2）消耗材料系統(tǒng)投資（3）噪聲控制室內(nèi)環(huán)境標準（4）最小流速防止顆粒物沉積(除塵系統(tǒng)) 一般通風系統(tǒng)中常用空氣流速（m/s）53空調(diào)系統(tǒng)低速風管中常用空氣流速（m/s）54除塵風管的最小空氣流速（m/s）553）確定各管段斷面尺寸，計算管段流動阻力（1）F = L / v F = a X b F = d2 / 4 管道斷面尺

13、寸規(guī)格化： P250附錄11（2）計算管內(nèi)實際流速（3）計算管段的摩擦阻力和局部阻力 要加入該管段的其他已知阻力，例如除塵器、空調(diào)箱等設備阻力564）并聯(lián)管路阻力平衡（1）阻力平衡的概念：若并聯(lián)管路阻力不平衡，則在運行中會自平衡，但輸送的流量已偏離設計要求12345677321632152141PPPP（2）允許的不平衡率：10 15 %15107321417321PPP57（3）阻力平衡的方法 a）調(diào)整管徑采用估算方法)166(225. 0PPDDb）增大風量根據(jù)管路阻力特性)176(5 . 0PPLL c）閥門調(diào)節(jié) 對于多支管空調(diào)系統(tǒng)需進行實際調(diào)試，達到預期流量分配 阻力平衡宜沿最不利環(huán)路

14、逐段進行D-調(diào)整后管徑D-原設計管徑P-原設計支管阻力P-要求達到的支管阻力585）計算最不利環(huán)路總阻力將最不利環(huán)路上的各串聯(lián)管段阻力相加6）選擇風機（1）確定風機類別 根據(jù)被輸送氣體性質(zhì)、系統(tǒng)總阻力、總風量（2）計算風機應有的風量、風壓 考慮安全系數(shù))196()186(LKLPKPLfpfKp-風壓附加系數(shù)，一般系統(tǒng)1.11.15，除塵系統(tǒng)1.151.2KL-風量附加系數(shù)，一般系統(tǒng)1.1，除塵系統(tǒng)1.11.15（3）空氣狀態(tài)變化時21 /.P，PLLffff59例6-4（P161）最不利環(huán)路確定為：管段1+3+5+6+7總風量=1500+4000+800=6300m3/h管段劃分、編號、標注

15、長度、風量見圖有關條件：有關條件：除塵系統(tǒng)輕礦物粉塵常溫氣體圓形鋼板風管袋式除塵器阻力1200Pa要求：要求：選擇風機60風管內(nèi)最小風速為，垂直風管12m/s，水平14m/s考慮漏風，管道6，7計算風量=6300*1.05=6615管段1，L1=1500m3/h，v1=14m/s，查圖得管徑和比摩阻，D1=200mm，Rm1=12.5Pa/m確定管段3、5、6、7的管徑和比摩阻確定2、4的管徑和比摩阻三通阻力，見實用供熱空調(diào)設計手冊（上，P1107）611-3-5-6-7支路總阻力=714Pa選擇風機參數(shù)Pf = 1.15 x (1200+714)=2200 PaLf = 1.15 x 1.8

16、4 = 2.116 m3/s = 7618 m3/h6263 與工程實際密切相關的問題，本節(jié)介紹的一些原則，在工程中必須結合具體情況應用并不斷總結參照標準及資料：通風與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 GB50234-2002 2002年4月1日實施設計手冊64 系統(tǒng)通過風管聯(lián)系并采用同一空氣處理設備和風機的整體1）對空氣處理的要求相同（或相近） 送風：溫濕度、潔凈度 排風：排氣性質(zhì)、凈化要求2）運行時間相同3）系統(tǒng)規(guī)模適度 便于運行管理、經(jīng)濟性4）注意不能合并的系統(tǒng) 可能造成交叉污染、引發(fā)事故651）首先要考慮與建筑、結構及其他設備工種（水、電等）的配合2）減少對工藝操作的影響3）管路走向設計合理、

17、力求簡短平直、減少阻力、易于平衡4）少占空間5）便于施工、調(diào)試、維修661）常用斷面形狀 矩形：易于和建筑、裝修配合；局部構件制作容易 常用于空調(diào)系統(tǒng) 圓形：阻力小；省材料、強度高；管道制作容易 常用于通風系統(tǒng)及空調(diào)高速風管 其他形狀：根據(jù)實際需要2）斷面尺寸定型化 提高生產(chǎn)率；便于工廠機械化生產(chǎn)和運輸671）薄鋼板 一般通風空調(diào)系統(tǒng)：0.51.5mm 除塵系統(tǒng)：1.53.0mm2）塑料板 含腐蝕性氣體的通風系統(tǒng)683）無機玻璃鋼 濕度較大的場合694）各種軟管 金屬、塑料 有的可帶有保溫層705）復合風管雙層鋁箔夾酚醛樹脂單層鋁箔加玻璃纖維其他715）復合風管726）新型柔性風管系統(tǒng)優(yōu)越性：空氣分布均勻，避免吹風感重量輕，安裝方便快捷，對結構要求低靈活性好，便于系統(tǒng)