通風管道系統(tǒng)的設計計算60

8.0概述8.1風管內內氣體體流動動的流流態(tài)和和阻力力8.2風管內內的壓壓力分分布8.3通風管管道的的水力力計算算8.4均勻送送風管管道設設計計計算8.5通風管管道設設計中中的常常見問問題及及其處處理措措施8.6氣力輸輸送系系統(tǒng)的的管道道設計計計算算第8章通風風管道道系統(tǒng)統(tǒng)的設設計計計算1定義：：把符合合衛(wèi)生生標準準的新新鮮空空氣輸輸送到到室內內各需需要地地點，，把室室內局局部地地區(qū)或或設備備散發(fā)發(fā)的污污濁、、有害害氣體體直接接排送送到室室外或或經凈凈化處處理后后排送送到室室外的的管道道。8.0概述述分類：：包括通通風除除塵管管道、、空調調管道道等。。作用：：把通風風進風風口、、空氣氣的熱熱、濕濕及凈凈化處處理設設備、、送(排)風口、、部件件和風風機連連成一一個整整體，，使之之有效效運轉轉。設計內內容：：風管及及其部部件的的布置置；管管徑的的確定定；管管內氣氣體流流動時時能量量損耗耗的計計算；；風機機和電電動機機功率率的選選擇。。設計目目標：：在滿足足工藝藝設計計要求求和保保證使使用效效果的的前提提下，，合理理地組組織空空氣流流動，，使系系統(tǒng)的的初投投資和和日常常運行行維護護費用用最優(yōu)優(yōu)。2通風除除塵管管道4風機1排風罩5風帽1排風罩2風管有害氣體室外大氣3凈化設備如圖，，在風風機4的動力力作用用下，，排風風罩（（或排排風口口）1將室內內污染染空氣氣吸入入，經經管道道2送入凈化化設備3，經凈化化處理達達到規(guī)定定的排放放標準后后，通過過風帽5排到室外外大氣中中。3空調送風風系統(tǒng)3風機1新風口室外大氣2進氣處理設備4風管5送風口室內如圖，在在風機3的動力作作用下，，室外空空氣進入入新風口口1，經進氣氣處理設設備2處理后達達到衛(wèi)衛(wèi)生標準準或工藝藝要求后后，由風風管4輸送并分分配到各各送風口口5，由風口口送入室室內。48.1風管內氣氣體流動動的流態(tài)態(tài)和阻力力8.1.1兩種流態(tài)態(tài)及其判判別分析析流體在管管道內流流動時，，其流動動狀態(tài)，，可以分分為層流流、紊流流。雷諾數(shù)既既能判別別流體在在風道中中流動時時的流動動狀態(tài)，，又是計計算風道道摩擦阻阻力系數(shù)數(shù)的基本本參數(shù)。。在通風與與空調工工程中，，雷諾數(shù)數(shù)通常用用右式表表示：8.1.2風管內空空氣流動動的阻力力產生阻力力的原因因：空氣在風風管內流流動之所所以產生生阻力是是因為空空氣是具具有粘滯滯性的實實際流體體，在運運動過程程中要克克服內部部相對運運動出現(xiàn)現(xiàn)的摩擦擦阻力以以及風管管材料內內表面的的粗糙程程度對氣氣體的阻阻滯作用用和擾動動作用。。阻力的分分類：摩摩擦阻力力或沿程程阻力；；局部阻阻力51沿程阻力力空氣在任任意橫斷斷面形狀狀不變的的管道中中流動時時，根據(jù)據(jù)流體力力學原理理，它的的沿程阻阻力可以以按下式式確定：：對于圓形形截面風風管，其其阻力由由下式計計算：單位長度度的摩擦擦阻力又又稱比摩摩阻。對對于圓形形風管，，由上式式可知其其比摩阻阻為：（8-5）（1）圓形風風管的沿沿程阻力力計算6摩擦阻力力系數(shù)λ與管內流流態(tài)和風風管管壁壁的粗糙糙度K/D有關圖8-1摩擦阻力力系數(shù)λ隨雷諾數(shù)數(shù)和相對對粗糙度度的變化化1沿程阻力力7有關過渡渡區(qū)的摩摩擦阻力力系數(shù)計計算公式式很多，，一般采采用適用用三個區(qū)區(qū)的柯氏氏公式來來計算。。它以一一定的實實驗資料料作為基基礎，美美國、日日本、德德國的一一些暖通通手冊中中廣泛采采用。我我國編制制的《全國通用用通風管管道計算算表》也采用該該公式：：為了避免免繁瑣的的計算，，可根據(jù)據(jù)公式（（8-5）和式（（8-7）制成各各種形式式的表格格或線算算圖。附附錄4所示的通通風管道道單位長長度摩擦擦阻力線線算圖，，可供計計算管道道阻力時時使用。。運用線線算圖或或計算表表，只要要已知流量、管管徑、流流速、阻阻力四個參數(shù)數(shù)中的任意兩個個，即可求求得其余兩個個參數(shù)。（8-7）1沿程阻力力8附錄4通風管道道單位長長度摩擦擦阻力線線算圖9需要說明明的是，，附錄4的線算圖圖是是按過渡渡區(qū)的值，在壓壓力B0=101.3kPa、溫度t0=200C、空氣密密度0=1.24kg/m3、運動粘粘度=15.06××10-6m2/s、壁粗糙糙度K=0.15mm、圓形風風管、氣氣流與管管壁間無無熱量交交換等條條件下得得的。當當實際條條件與上上述不符符時，應應進行修修正。1）密度和和粘度的的修正2）空氣溫溫度和大大氣壓力力的修正正3）管壁粗粗糙度的的修正1沿程阻力力10有一通風風系統(tǒng)，，采用薄薄鋼板圓圓形風管管（K=0.15mm），已知知風量L＝3600m2/h（1m3/s）。管徑徑D＝300mm，空氣溫溫度t＝30℃。求風管管管內空空氣流速速和單位位長度摩摩擦阻力力。=0.97解：查附錄4，得υ＝14m/s，＝7.68Pa/m查圖8-2得，=0.97×7.68Pa/m=7.45Pa/m[例8-1]1沿程阻力力112.矩形風管管的沿程程阻力計計算《全國通用用通風管管道計算算表》和附錄4的線算圖圖是按圓圓形風管管得出的的，在進進行矩形形風管的的摩擦阻阻力計算算時，需需要把矩矩形風管管斷面尺尺寸折算算成與之之相當?shù)牡膱A形風風管直徑徑，即當量直徑徑，再由此此求得矩矩形風管管的單位位長度摩摩擦阻力力。所謂“當量直直徑”，，就是與矩矩形風管管有相同同單位長長度摩擦擦阻力的的圓形風風管直徑徑，它有有流速當量量直徑和流量當量量直徑兩種種。（1）流速當當量直徑徑（2）流量當當量直徑徑12[解]矩道風道道內空氣氣流速1）根據(jù)矩矩形風管管的流速當量量直徑Dv和實際流速速V，求矩形形風管的的單位長長度摩擦擦阻力。。有一表面面光滑的的磚砌風風道（K=3mm），橫斷面尺尺寸為500mm×400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求單位長長度摩阻阻力。[例8-2]13由V=5m/s、Dv=444mm查圖得Rm0=0.62Pa/m2001.00.010.11004004000管徑4035180流速3044450.62Rm(Pa/m)空氣量m3/s450粗糙度修修正系數(shù)數(shù)[例8-2]14由L=1m3/S、DL=487mm查圖2-3-1得Rm0=0.61Pa/mRm=1.96×0.61=1.2Pa/m2）用流量當量量直徑求矩形風風管單位位長度摩摩擦阻力力。矩矩形風道道的流量量當量直直徑0.011.02002001.00.010.11004004000管徑4035180流速3044750.61RmPa/m空氣量m3/s()()()()0.6250.250.6250.251.30.40.51.30.40.50.447LabDabm=+×=+=[例8-2]152局部阻力力一般情況況下，通通風除塵塵、空氣氣調節(jié)和和氣力輸輸送管道道都要安安裝一些些諸如斷斷面變化化的管件件(如各種變變徑管、、變形管管、風管管進出口口、閥門門)、流向變變化的管管件（彎彎頭）和和流量變變化的管管件(如三通、、四通、、風管的的側面送送、排風風口)，用以控控制和調調節(jié)管內內的氣流流流動。。流體經過過這些管管件時，，由于邊邊壁或流流量的變變化，均均勻流在在這一局局部地區(qū)區(qū)遭到破破壞，引引起流速速的大小小，方向向或分布布的變化化，或者者氣流的的合流與與分流，，使得氣氣流中出出現(xiàn)渦流流區(qū)，由由此產生生了局部部損失。。多數(shù)局部部阻力的的計算還還不能從從理論上上解決，，必須借借助于由由實驗得得來的經經驗公式式或系數(shù)數(shù)。局部部阻力一一般按下下面公式式確定：：局部阻力力系數(shù)也也不能從從理論上上求得，，一般用用實驗方方法確定定。在附附錄5中列出了了部分常常見管件件的局部部阻力系系數(shù)。16局部阻力力在通風風、空調調系統(tǒng)中中占有較較大的比比例，在在設計時時應加以以注意。。減小局局部阻力力的著眼眼點在于于防止或或推遲氣氣流與壁壁面的分分離，避避免漩渦渦區(qū)的產產生或減減小漩渦渦區(qū)的大大小和強強度。下下面介紹紹幾種常常用的減減小局部部阻力的的措施。。減小局部部阻力的的措施（1）漸擴擴管和漸漸縮管幾種常見見的局部部阻力產產生的類類型：１、突變變２、漸變變17３、轉彎彎處４、分岔岔與會合合θ2θ3123１３２θ1θ2減小局部部阻力的的措施18（2）三通通圖8-4三通支管管和干管管的連接接19（3）彎管圖8-5圓形風管管彎頭圖8-6矩形風管管彎頭圖8-7設有導流流片的直直角彎頭頭（4）管道道進出口口圖8-8風管進出出口阻力力20（5）管道道和風機機的連接接圖8-9風機進出出口管道道連接218.2風管內的的壓力分分布8.2.1動壓、靜靜壓和全全壓空氣在風風管中流流動時，，由于風風管阻力力和流速速變化，，空氣的的壓力是是不斷變變化的。。研究風風管內壓壓力的分分布規(guī)律律，有助助于我們們正確設設計通風風和空調調系統(tǒng)并并使之經經濟合理理、安全全可靠的的運行。。分析的原原理是風風流的能能量方程程和靜壓壓、動壓壓與全壓壓的關系系式。動壓(Pd):指空氣流流動時產產生的壓壓力，只只要風管管內空氣氣流動就就具有一一定的動動壓，其其值永遠遠是正的的。靜壓(Pj):由于空氣氣分子不不規(guī)則運運動而撞撞擊于管管壁上產產生的壓壓力稱為為靜壓。。計算時，，以絕對對真空為為計算零零點的靜靜壓稱為為絕對靜靜壓。以以大氣壓壓力為零零點的靜靜壓稱為為相對靜靜壓?？湛照{中的的空氣靜靜壓均指指相對靜靜壓。靜壓高于于大氣壓壓時為正正值，低低于大氣氣壓時為為負值。228.2風管內的的壓力分分布全壓(Pq)

:全壓是靜靜壓和動動壓的代代數(shù)和：：Pq＝Pj十Pd全壓代表表l

m3氣體所具具有的總總能量。。若以大大氣壓為為計算的的起點，，它可以以是正值值，亦可可以是負負值。Z2Z112根據(jù)能量量守恒定定律，可可以寫出出空氣在在管道內內流動時時不同斷斷面間的的能量方方程（伯伯努利方方程）。。我們可以以利用上上式對任任一通風風空調系系統(tǒng)的壓壓力分布布進行分分析238.2.2風管內空空氣壓力力的分布布把一套通通風除塵塵系統(tǒng)內內氣流的的動壓、、靜壓和和全壓的的變化表表示在以以相對壓壓力為縱縱坐標的的坐標圖圖上，就就稱為通通風除塵塵系統(tǒng)的的壓力分分布圖。。設有圖8-10所示的通通風系統(tǒng)統(tǒng)，空氣氣進出口口都有局局部阻力力。分析析該系統(tǒng)統(tǒng)風管內內的壓力力分布。。248.3通風管道道的水力力計算8.3.1風道設計計的內容容及原則則風道的水水力計算算分設計計算算和校核計算算兩類。風道設計計時必須須遵循以以下的原原則：（1）系統(tǒng)要要簡潔、、靈活、、可靠；；便于安安裝、調調節(jié)、控控制與維維修。（2）斷面尺尺寸要標標準化。。（3）斷面形形狀要與與建筑結結構相配配合，使使其完美美統(tǒng)一。。8.3.2風道設計計的方法法管水力計計算方法法有假定定流速法法、壓損損平均法法和靜壓壓復得法法等幾種種，目前前常用的的是假定定流速法法。258.3.3風道設計計的步驟驟下面以假假定流速速法為例例介紹風風管水力力計算的的步驟。。（1）繪制通通風或空空調系統(tǒng)統(tǒng)軸測圖圖（2）確定合合理的空空氣流速速（3）根據(jù)各各管段的的風量和和選擇的的流速確確定各管管段的斷斷面尺寸寸，計算算最不利利環(huán)路的的摩擦阻阻力和局局部阻力力（4）并聯(lián)管管路的阻阻力計算算（5）計算系系統(tǒng)的總總阻力（6）選擇風風機267l=3.7m風機8l=12m654321910L=5500m3/hL=2700m3/hL=2650m3/hl=4.2ml=5.5ml=5.5ml=6.2m通風除塵塵系統(tǒng)的的系統(tǒng)圖圖[例8-3]l=5.4m除塵器圖8-11所示為某某車間的的振動篩篩除塵系系統(tǒng)。采采用矩形形傘形排排風罩排排塵，風風管用鋼鋼板制作作（粗糙糙度K＝0.15mm），輸送送含有鐵鐵礦粉塵塵的含塵塵氣體，，氣體溫溫度為20℃。該系統(tǒng)統(tǒng)采用CLSΦΦ800型水膜除除塵器，，除塵器器含塵氣氣流進口口尺寸為為318mm×552mm，除塵器阻阻力900Pa。對該系統(tǒng)統(tǒng)進行水力力計算，確確定該系統(tǒng)統(tǒng)的風管斷斷面尺寸和和阻力并選選擇風機。。272829303132333435363738398.4均勻送風管管道設計計計算在通風、空空調、冷庫庫、烘房及及氣幕裝置置中，常常常要求把等等量的空氣氣經由風道道側壁（開開有條縫、、孔口或短短管）均勻勻的輸送到到各個空間間，以達到到空間內均均勻的空氣氣分布。這這種送風方方式稱為均均勻送風。。均勻送風管管道通常有有以下幾種種形式：（1）條縫寬度度或孔口面面積變化，，風道斷面面不變，如如圖8-14所示。圖8-14風道斷面F及孔口流量系數(shù)不變，孔口面積變化的均勻吸送風吹出吸入從條縫口吹吹出和吸入入的速度分分布40（2）風道斷面面變化，條條縫寬度或或孔口面積積不變，如如圖8-15所示。圖8-15風道斷面F變化，孔口口流量系數(shù)數(shù)及孔口面積積不不變的均均勻送風（3）風道斷面面、條縫寬寬度或孔口口面積都不不變，如圖圖8-16所示。風道斷面F及孔口面積不變時，管內靜壓會不斷增大，可以根據(jù)靜壓變化，在孔口上設置不同的阻體來改變流量系數(shù)。8.4均勻送風管管道設計計計算418.4.1均勻送風管管道的設計計原理風管內流動動的空氣，，在管壁的的垂直方向向受到氣流流靜壓作用用，如果在在管的側壁壁開孔，由由于孔口內內外靜壓差差的作用，，空氣會在在垂直管壁壁方向從孔孔口流出。。但由于受受到原有管管內軸向流流速的影響響，其孔口口出流方向向并非垂直直于管壁，，而是以合合成速度沿沿風管軸線線成角角的的方向流出出，如圖8-17所示。ff0vjvdvf0圖8-17孔口出流狀狀態(tài)圖421.出流的實際際流速和流流向靜壓差產生生的流速為為：空氣從孔口口出流時，，它的實際際流速和出出流方向不不僅取決于于靜壓產生生的流速大大小和方向向，還受管管內流速的的影響?？卓卓诔隽鞯牡膶嶋H速度度為二者的的合成速度度。速度的的大小為：：利用速度四四邊形對角角線法則，，實際流速速的的方向與與風道軸線線方向的的夾夾角（出流流角）為空氣在風管管內的軸向向流速為：：8.4.1均勻送風管管道的設計計原理432.孔口出流的的風量對于孔口出出流，流量量可表示成成：孔口處平均均流速：8.4.1均勻送風管管道的設計計原理443.實現(xiàn)均勻送送風的條件件要實現(xiàn)均勻勻送風需要要滿足下面面兩個基本本要求：1）各側孔或或短管的出出流風量相相等；2）出口氣流流盡量與管管道側壁垂垂直，否則則盡管風量量相等也不不會均勻。。從式（8-34）可以看出出，對側孔孔面積保保持持不變的均均勻送風管管道，要使使各側孔的的送風量保保持相等，，必需保證證各側孔的的靜壓和和流流量系數(shù)相相等；要使使出口氣流流盡量保持持垂直，要要求出流角角接接近90°。下面具體分分析各項措措施。如圖8-18所示有兩個個側孔，根根據(jù)流體力力學原理可可知，斷面面1處的全壓應應等于斷面面2處的全壓加加上斷面1-2間的阻力，，即（1）保持各側側孔靜壓相相等45由此說明，，欲使兩個個側孔靜壓壓相等，就就必須有也就是說，，若能使兩兩個側孔的的動壓降等等于兩側孔孔間的風管管阻力，兩兩側孔處的的靜壓就保保持相等。。圖8-18側孔出流狀狀態(tài)圖46（2）保持各側側孔流量系系數(shù)相等=700=600=500=400=9000.40.50.60.70.80.11.00.5圖8-19銳邊孔口的值（3）增大出流角度風管中靜壓與動壓的比值愈大，氣流在側孔的出流角度也愈大，即出流方向與管壁側面愈接近垂直（如圖8-20（a）所示）。比值愈小，出流就會向風管末端偏斜，難于達到均勻送風的目的（如圖8-20（b）所示）。a）b）圖8-20側孔氣流出出流方向與與送風均勻勻性478.4.2均勻送風管管道的計算算均勻送風管管道計算的的目的是確確定側孔的的個數(shù)、間間距、面積積及出風量量，風管斷斷面尺寸和和均勻送風風管段的阻阻力。均勻送風管管道