通風除塵管網的設計計算

1、通風除塵管網的設計計算通風除塵管網的設計計算第六章第六章第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 通風管道計算有兩個基本的任務：通風管道計算有兩個基本的任務： 一是確定管道的阻力一是確定管道的阻力, , 以確定通風除塵以確定通風除塵系統(tǒng)所需的風機性能系統(tǒng)所需的風機性能; ; 二是確定管道的尺寸二是確定管道的尺寸( (直徑直徑) )，管道設計，管道設計的合理與否直接影響系統(tǒng)的投資費用和的合理與否直接影響系統(tǒng)的投資費用和運行費用。運行費用。 一一. . 管道壓力計算管道壓力計算 ( (一一) ) 管道的阻力計算管道的阻力計算 管道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力管道的阻力包括摩擦阻力和

2、局部阻力. . 摩擦摩擦阻力由空氣的粘性力及空氣與管壁之間的摩阻力由空氣的粘性力及空氣與管壁之間的摩擦作用產生擦作用產生, , 它發(fā)生在整個管道的沿程上它發(fā)生在整個管道的沿程上, , 因此也稱為沿程阻力。因此也稱為沿程阻力。 第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 管道的阻力計算管道的阻力計算 局部阻力則是空氣通過管道的轉彎局部阻力則是空氣通過管道的轉彎, , 斷面變斷面變化化, , 連接部件等處時連接部件等處時, , 由于渦流、沖擊作用由于渦流、沖擊作用產生的能量損失產生的能量損失. . 1. 1. 摩擦阻力摩擦阻力 管道的摩擦阻力采用下式計算管道的摩擦阻力采用下式計算:

3、: Pm= Pm=(L/De)(L/De)UU2 2/2/2 式中式中Pm-Pm-摩擦阻力摩擦阻力, Pa;, Pa; - -摩擦阻力系數摩擦阻力系數, , 其值與流態(tài)有關其值與流態(tài)有關; ; L- L-管道長度管道長度, m;, m;第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 管道的阻力計算管道的阻力計算 1. 1. 摩擦阻力摩擦阻力 管道的摩擦阻力采用下式計算管道的摩擦阻力采用下式計算: : Pm= Pm=(L/De)(L/De)UU2 2/2/2 式中式中Pm-Pm-摩擦阻力摩擦阻力, Pa;, Pa; - -摩擦阻力系數摩擦阻力系數, , 其值與流態(tài)有關其值與流態(tài)有關;

4、; L- L-管道長度管道長度, m;, m; - -空氣密度空氣密度, Kg/m3;, Kg/m3; U- U-管內平均流速管內平均流速, m/s;, m/s; De- De-風管的當量直徑風管的當量直徑, m., m.第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 當量直徑：當量直徑： De= 4De= 4f/Pf/P 式中式中f-f-管道的斷面積管道的斷面積, m2;, m2; P- P-管道的周長管道的周長, m., m. 對于圓管對于圓管, , 當量直徑即為管道的直徑當量直徑即為管道的直徑. . 對對于矩形管于矩形管, , 通常采用兩種當量直徑通常采用兩種當量直徑, ,即流

5、速當即流速當量直徑和流量當量直徑量直徑和流量當量直徑. . 流速當量直徑是假流速當量直徑是假設當量管道的流速與矩形管的流速相等設當量管道的流速與矩形管的流速相等, , 并并且單位長度的摩擦阻力也相等且單位長度的摩擦阻力也相等. . 由此推得流由此推得流速當量直徑為速當量直徑為: : De=2ab/(a+b) De=2ab/(a+b) a,ba,b為矩形管斷面的長為矩形管斷面的長, , 寬邊尺寸寬邊尺寸. .第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 流量當量直徑是假設等效圓管的流量與矩形流量當量直徑是假設等效圓管的流量與矩形管的流量相等管的流量相等, , 并且單位長度的摩擦阻力也

6、并且單位長度的摩擦阻力也相等相等. . 由此推得流量當量直徑為由此推得流量當量直徑為: : 實際計算中多采用流速當量直徑實際計算中多采用流速當量直徑. . 在實際設計計算中在實際設計計算中, , 一般將上述摩擦阻力計一般將上述摩擦阻力計算式作一定的變換算式作一定的變換, , 使其變?yōu)楦庇^的表達使其變?yōu)楦庇^的表達式式. . 目前有如下兩種變換方式目前有如下兩種變換方式: :53313.1babaD第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 (1) (1) 比摩阻法比摩阻法: : 令令 RmRm=(/De)=(/De)UU2 2/2/2 稱稱RmRm為比摩阻為比摩阻, Pa/m,

7、 , Pa/m, 其意義是單位長其意義是單位長度管道的摩擦阻力度管道的摩擦阻力. . 這樣摩擦阻力計算式則這樣摩擦阻力計算式則變換成下列表達式變換成下列表達式: : Pm=Rm Pm=RmL L 為了便于工程設計計算為了便于工程設計計算, , 人們對人們對RmRm的確定的確定已作出了線解圖已作出了線解圖, , 設計時只需根據管內風量、設計時只需根據管內風量、管徑和管壁粗糙度由線解圖上即可查出管徑和管壁粗糙度由線解圖上即可查出RmRm值值, , 這樣就很容易由上式算出摩擦阻力這樣就很容易由上式算出摩擦阻力. . 第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 (2) (2) 綜合摩擦阻

8、力系數法綜合摩擦阻力系數法: : 管內風速管內風速U=L/f, U=L/f, L L為管內風量為管內風量, f, f為管道斷面積為管道斷面積. . 將將U U代入摩擦代入摩擦阻力計算式阻力計算式Pm=Pm=(L/De)(L/De)UU2 2/2/2后后, , 令令 Km=Km=(L/De)(L/De)/2f/2f2 2 則摩擦阻力計算式變換為下列表達式則摩擦阻力計算式變換為下列表達式: : Pm=Km Pm=KmL L2 2 稱稱KmKm為綜合摩擦阻力系數為綜合摩擦阻力系數, N, NS S2 2/m/m8 8. . 采用采用 Pm=KmPm=KmL L2 2 計算式更便于管道系統(tǒng)的分計算式更

9、便于管道系統(tǒng)的分析及風機的選擇析及風機的選擇, , 因此在管網系統(tǒng)運行分析因此在管網系統(tǒng)運行分析與調節(jié)計算時與調節(jié)計算時, , 多采用該計算式多采用該計算式. .第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 管道摩擦阻力受多種因素的影響管道摩擦阻力受多種因素的影響, , 在設計在設計計算時應考慮這些因素計算時應考慮這些因素. . 主要影響因素有主要影響因素有: : 管壁的粗糙度和空氣溫度管壁的粗糙度和空氣溫度. . 粗糙度越大粗糙度越大, , 摩擦阻力系數摩擦阻力系數值越大值越大, , 摩擦阻力越大摩擦阻力越大. . 溫度影響空氣密度和粘度溫度影響空氣密度和粘度, , 因而影響比摩

10、因而影響比摩阻阻Rm. Rm. 溫度上升溫度上升, , 比摩阻比摩阻RmRm下降下降. . 線解圖線解圖上查得的上查得的RmRm是是2020時的數值時的數值, , 實際計算應實際計算應根據具體溫度進行修正根據具體溫度進行修正. .第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 2. 2. 局部阻力局部阻力 局部阻力計算式為局部阻力計算式為: : Z= Z=UU2 2/2 Pa/2 Pa 其中其中為局部阻力系數為局部阻力系數, , 根據不同的構件查根據不同的構件查表獲得表獲得. . 在通風除塵管網中在通風除塵管網中, , 連接部件很多連接部件很多, , 因此局因此局部阻力較大部阻力較大

11、, , 為了減少系統(tǒng)運行的能耗為了減少系統(tǒng)運行的能耗, , 在在設計管網系統(tǒng)時設計管網系統(tǒng)時, , 應盡可能降低管網的局部應盡可能降低管網的局部阻力阻力. . 降低管網的局部阻力可采取以下措施降低管網的局部阻力可采取以下措施: : (1) (1) 避免風管斷面的突然變化避免風管斷面的突然變化; ;第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 2. 2. 局部阻力局部阻力 (2) (2) 減少風管的轉彎數量減少風管的轉彎數量, , 盡可能增大轉彎盡可能增大轉彎半徑半徑; ; (3) (3) 三通匯流要防止出現引射現象三通匯流要防止出現引射現象, , 盡可能盡可能做到各分支管內流速相等

12、做到各分支管內流速相等. . 分支管道中心線分支管道中心線夾角要盡可能小夾角要盡可能小, , 一般要求不大于一般要求不大于3030; ; (4) (4) 降低排風口的出口流速降低排風口的出口流速, , 減少出口的動減少出口的動壓損失壓損失; ; (5) (5) 通風系統(tǒng)各部件及設備之間的連接要合通風系統(tǒng)各部件及設備之間的連接要合理理, , 風管布置要合理風管布置要合理. .第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 ( (二二) ) 管內壓力分布管內壓力分布 分析管內壓力分布的目的是了解管內壓力的分布規(guī)分析管內壓力分布的目的是了解管內壓力的分布規(guī)律律, , 為管網系統(tǒng)的設計和運行

13、管理提供依據為管網系統(tǒng)的設計和運行管理提供依據. . 分析分析的原理是風流的能量方程和靜壓、動壓與全壓的關的原理是風流的能量方程和靜壓、動壓與全壓的關系式系式. . 在通風風流基本理論一章中已作分析。主要結論：在通風風流基本理論一章中已作分析。主要結論： (1) (1) 風機的風壓等于風管的阻力和出口動壓損失之風機的風壓等于風管的阻力和出口動壓損失之和和; ; (2) (2) 風機吸入段的全壓和靜壓都是負值風機吸入段的全壓和靜壓都是負值, , 風機入口風機入口處的負壓最大處的負壓最大; ; 風機壓出段的全壓和靜壓都是正值風機壓出段的全壓和靜壓都是正值, , 在出口處正壓最大在出口處正壓最大;

14、; (3) (3) 各分支管道的壓力自動平衡各分支管道的壓力自動平衡. .第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 ( (一一) ) 管道直徑的計算管道直徑的計算 在計算管道直徑時在計算管道直徑時, , 應滿足以下約束條件應滿足以下約束條件: : (1) (1) 管內流速的要求管內流速的要求: : 對于除塵管道對于除塵管道, , 為了為了防止粉塵沉積管壁上防止粉塵沉積管壁上, , 管內流速要大于一定管內流速要大于一定的數值的數值, , 即即UUmin, UminUUmin, Umin為防止粉塵沉積的為防止粉塵沉積的最小風速最小風速. . 對非除塵管網可不受這個條件的對非除塵管網

15、可不受這個條件的約束約束. . (2) (2) 阻力平衡要求阻力平衡要求: : 要使各分支的風量滿足要使各分支的風量滿足設計要求設計要求, , 各分支的阻力必須平衡各分支的阻力必須平衡. . 如果設如果設計的阻力不平衡就應進行調節(jié)計的阻力不平衡就應進行調節(jié). .第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 ( (一一) ) 管道直徑的計算管道直徑的計算 (3) (3) 管道投資費用和運行費用的合理性管道投資費用和運行費用的合理性: : 管管道直徑增大道直徑增大, , 阻力減少阻力減少, , 運行費用降低運行費用降低, , 但但阻力增大阻力增大, , 運行費用也增大運行費用也增大.

16、. 因此因此, , 管徑的管徑的合理性應表現在管道投資費用與運行費用總合理性應表現在管道投資費用與運行費用總和最小和最小. . 設計時設計時, , 要使確定的管徑完全滿足上述約束要使確定的管徑完全滿足上述約束條件是很困難的條件是很困難的, , 因此人們提出了各種計算因此人們提出了各種計算方法方法, , 常用的有以下幾種方法：常用的有以下幾種方法：第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 1. 1. 假定流速法假定流速法 其原理是取管內流速等于最小風速或經濟風其原理是取管內流速等于最小風速或經濟風速速, , 根據管內的流量根據管內的流量LiLi即可得管徑即可得管徑DiDi為為:

17、: Di Di= 4Li/(Vmin)= 4Li/(Vmin) 采用假定流速法求出的各分支阻力一般不平采用假定流速法求出的各分支阻力一般不平衡需進行阻力平衡調節(jié)衡需進行阻力平衡調節(jié). . 假定流速法的計算假定流速法的計算步驟如下步驟如下: : (1) (1) 繪制通風系統(tǒng)軸側圖繪制通風系統(tǒng)軸側圖, , 對各管段先進編對各管段先進編號號, , 標注各管段的長度和風量標注各管段的長度和風量. . (2) (2) 選擇管內合理的空氣流速選擇管內合理的空氣流速. .第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 (3) (3) 根據各管

18、段的風量和選定的流速確定各管段的根據各管段的風量和選定的流速確定各管段的管徑管徑, , 并計算各管段的摩擦阻力和局部阻力并計算各管段的摩擦阻力和局部阻力. . (4) (4) 對并聯管路進行阻力平衡調節(jié)對并聯管路進行阻力平衡調節(jié). . (5) (5) 計算系統(tǒng)的總阻力計算系統(tǒng)的總阻力, , 并根據總阻力和總風量選并根據總阻力和總風量選擇風機擇風機. . 2. 2. 等壓損法等壓損法 該法的原理是該法的原理是, , 假設風機的風壓假設風機的風壓H H為已知為已知, , 各管段單各管段單位長度的壓力損失相等位長度的壓力損失相等, , 由此而求出各分支的管徑由此而求出各分支的管徑. . 這種方法計算

19、結果也很難滿足阻力平衡要求這種方法計算結果也很難滿足阻力平衡要求, , 因此因此也需要進行阻力平衡調節(jié)也需要進行阻力平衡調節(jié). .第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 3. 靜壓復得法：該法原理是在管道的分支處靜壓復得法：該法原理是在管道的分支處, , 由于分流使流速降低由于分流使流速降低, , 根據靜壓與動壓的轉根據靜壓與動壓的轉換原理換原理, , 流速降低流速降低, , 使風管分支處復得一定使風管分支處復得一定的靜壓的靜壓, , 令此復得靜壓等于該管段的阻力令此復得靜壓等于該管段的阻力. .由由此即可求得管道的直徑此即可求得管道的直徑. . 此法主要用于高風此法主要用于

20、高風速管網的計算速管網的計算. . 4. 4. 優(yōu)化設計法：該法的原理是以管道投資費優(yōu)化設計法：該法的原理是以管道投資費用與運行費用總和最低作為目標函數而獲得用與運行費用總和最低作為目標函數而獲得管道直徑管道直徑. . 這種方法是管網設計計算中的新這種方法是管網設計計算中的新理論理論, , 它對于降低通風系統(tǒng)的能耗它對于降低通風系統(tǒng)的能耗, , 提高管提高管網風平衡精度具有重要的意義網風平衡精度具有重要的意義. .第六章：通風除塵管網設計計算第六章：通風除塵管網設計計算 均勻送風管道的計算均勻送風管道的計算 要求送風管道從風管側壁上的若干風口要求送風管道從風管側壁上的若干風口( (或短或短管管

21、), ), 以相同的出口速度以相同的出口速度, , 均勻地把等量的空均勻地把等量的空氣送入室內氣送入室內, , 這種送風管道稱為均勻送風管道這種送風管道稱為均勻送風管道. . 均勻送風管道的構造有兩種形式均勻送風管道的構造有兩種形式, , 一種是均勻一種是均勻送風管道的斷面變化送風管道的斷面變化( (即斷面逐漸縮小即斷面逐漸縮小) )而側風而側風口口( (或短管或短管) )的面積相等的面積相等; ; 另一種是送風管道的另一種是送風管道的斷面不變化而側風口斷面不變化而側風口( (或短管或短管) )的面積都不相等的面積都不相等. . 其計算的基本原理是保持各側孔的靜壓相等其計算的基本原理是保持各側孔的靜壓相等. . 根據管道阻