通風管道系統(tǒng)的設(shè)計計算

8.0概述8.1風管內(nèi)氣體流動的流態(tài)和阻力8.2風管內(nèi)的壓力分布8.3通風管道的水力計算8.4均勻送風管道設(shè)計計算8.5通風管道設(shè)計中的常見問題及其處理措施8.6氣力輸送系統(tǒng)的管道設(shè)計計算第8章通風管道系統(tǒng)的設(shè)計計算1定義：把符合衛(wèi)生標準的新鮮空氣輸送到室內(nèi)各需要地點，把室內(nèi)局部地區(qū)或設(shè)備散發(fā)的污濁、有害氣體直接排送到室外或經(jīng)凈化處理后排送到室外的管道。8.0概述分類：包括通風除塵管道、空調(diào)管道等。作用：把通風進風口、空氣的熱、濕及凈化處理設(shè)備、送(排)風口、部件和風機連成一個整體，使之有效運轉(zhuǎn)。設(shè)計內(nèi)容：風管及其部件的布置；管徑的確定；管內(nèi)氣體流動時能量損耗的計算；風機和電動機功率的選擇。設(shè)計目標：在滿足工藝設(shè)計要求和保證使用效果的前提下，合理地組織空氣流動，使系統(tǒng)的初投資和日常運行維護費用最優(yōu)。2通風除塵管道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(shè)備如圖，在風機4的動力作用下，排風罩（或排風口）1將室內(nèi)污染空氣吸入，經(jīng)管道2送入凈化設(shè)備3，經(jīng)凈化處理達到規(guī)定的排放標準后，通過風帽5排到室外大氣中。3空調(diào)送風系統(tǒng)3風機1新風口室外大氣2進氣處理設(shè)備4風管5送風口室內(nèi)如圖，在風機3的動力作用下，室外空氣進入新風口1，經(jīng)進氣處理設(shè)備2處理后達到衛(wèi)生標準或工藝要求后，由風管4輸送并分配到各送風口5，由風口送入室內(nèi)。48.1風管內(nèi)氣體流動的流態(tài)和阻力8.1.1兩種流態(tài)及其判別分析流體在管道內(nèi)流動時，其流動狀態(tài)，可以分為層流、紊流。雷諾數(shù)既能判別流體在風道中流動時的流動狀態(tài)，又是計算風道摩擦阻力系數(shù)的基本參數(shù)。在通風與空調(diào)工程中，雷諾數(shù)通常用右式表示：8.1.2風管內(nèi)空氣流動的阻力產(chǎn)生阻力的原因：空氣在風管內(nèi)流動之所以產(chǎn)生阻力是因為空氣是具有粘滯性的實際流體，在運動過程中要克服內(nèi)部相對運動出現(xiàn)的摩擦阻力以及風管材料內(nèi)表面的粗糙程度對氣體的阻滯作用和擾動作用。阻力的分類：摩擦阻力或沿程阻力；局部阻力51沿程阻力空氣在任意橫斷面形狀不變的管道中流動時，根據(jù)流體力學原理，它的沿程阻力可以按下式確定：對于圓形截面風管，其阻力由下式計算：單位長度的摩擦阻力又稱比摩阻。對于圓形風管，由上式可知其比摩阻為：（8-5）（1）圓形風管的沿程阻力計算6摩擦阻力系數(shù)λ與管內(nèi)流態(tài)和風管管壁的粗糙度K/D有關(guān)圖8-1摩擦阻力系數(shù)λ隨雷諾數(shù)和相對粗糙度的變化1沿程阻力7有關(guān)過渡區(qū)的摩擦阻力系數(shù)計算公式很多，一般采用適用三個區(qū)的柯氏公式來計算。它以一定的實驗資料作為基礎(chǔ)，美國、日本、德國的一些暖通手冊中廣泛采用。我國編制的《全國通用通風管道計算表》也采用該公式：為了避免繁瑣的計算，可根據(jù)公式（8-5）和式（8-7）制成各種形式的表格或線算圖。附錄4所示的通風管道單位長度摩擦阻力線算圖，可供計算管道阻力時使用。運用線算圖或計算表，只要已知流量、管徑、流速、阻力四個參數(shù)中的任意兩個，即可求得其余兩個參數(shù)。（8-7）1沿程阻力8附錄4通風管道單位長度摩擦阻力線算圖9需要說明的是，附錄4的線算圖是是按過渡區(qū)的值，在壓力B0=101.3kPa、溫度t0=200C、空氣密度0=1.24kg/m3、運動粘度=15.06×10-6m2/s、壁粗糙度K=0.15mm、圓形風管、氣流與管壁間無熱量交換等條件下得的。當實際條件與上述不符時，應(yīng)進行修正。1）密度和粘度的修正2）空氣溫度和大氣壓力的修正3）管壁粗糙度的修正1沿程阻力10有一通風系統(tǒng)，，采用薄鋼板圓圓形風管（K=0.15mm），已知風量L＝3600m2/h（1m3/s）。管徑D＝300mm，空氣溫度t＝30℃。求風管管內(nèi)空空氣流速和單位位長度摩擦阻力力。=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112.矩形風管的沿程程阻力計算《全國通用通風管管道計算表》和附錄4的線算圖是按圓圓形風管得出的的，在進行矩形形風管的摩擦阻阻力計算時，需需要把矩形風管管斷面尺寸折算算成與之相當?shù)牡膱A形風管直徑徑，即當量直徑，再由此求得矩形形風管的單位長度度摩擦阻力。所謂“當量直徑”，就是與矩形風管有有相同單位長度摩摩擦阻力的圓形風風管直徑，它有流速當量直徑和流量當量直徑兩種。（1）流速當量直徑（2）流量當量直徑12[解]矩道風道內(nèi)空氣流流速1）根據(jù)矩形風管的的流速當量直徑Dv和實際流速V，求矩形風管的單單位長度摩擦阻力力。有一表面光滑的磚磚砌風道（K=3mm），橫斷面尺寸為500mm×400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求單位長度摩阻力力。[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粗糙度修正系數(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）用流量當量直徑求矩形風管單位長長度摩擦阻力。矩矩形風道的流量量當量直徑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局部阻力一般情況下，通風風除塵、空氣調(diào)節(jié)節(jié)和氣力輸送管道道都要安裝一些諸諸如斷面變化的管管件(如各種變徑管、變變形管、風管進出出口、閥門)、流向變化的管件件（彎頭）和流量量變化的管件(如三通、四通、風風管的側(cè)面送、排排風口)，用以控制和調(diào)節(jié)節(jié)管內(nèi)的氣流流動動。流體經(jīng)過這些管件件時，由于邊壁或或流量的變化，均均勻流在這一局部部地區(qū)遭到破壞，，引起流速的大小小，方向或分布的的變化，或者氣流流的合流與分流，，使得氣流中出現(xiàn)現(xiàn)渦流區(qū)，由此產(chǎn)產(chǎn)生了局部損失。。多數(shù)局部阻力的計計算還不能從理論論上解決，必須借借助于由實驗得來來的經(jīng)驗公式或系系數(shù)。局部阻力一一般按下面公式確確定：局部阻力系數(shù)也不不能從理論上求得得，一般用實驗方方法確定。在附錄錄5中列出了部分常見見管件的局部阻力力系數(shù)。16局部阻力在通風、、空調(diào)系統(tǒng)中占有有較大的比例，在在設(shè)計時應(yīng)加以注注意。減小局部阻阻力的著眼點在于于防止或推遲氣流流與壁面的分離，，避免漩渦區(qū)的產(chǎn)產(chǎn)生或減小漩渦區(qū)區(qū)的大小和強度。。下面介紹幾種常常用的減小局部阻阻力的措施。減小局部阻力的措措施（1）漸擴管和漸縮縮管幾種常見的局部阻阻力產(chǎn)生的類型：：１、突變２、漸變17３、轉(zhuǎn)彎處４、分岔與會合θ2θ3123１３２θ1θ2減小局部阻力的措措施18（2）三通圖8-4三通支管和干管的的連接19（3）彎管圖8-5圓形風管彎頭圖8-6矩形風管彎頭圖8-7設(shè)有導流片的直角角彎頭（4）管道進出口圖8-8風管進出口阻力20（5）管道和風機的的連接圖8-9風機進出口管道連連接218.2風管內(nèi)的壓力分布布8.2.1動壓、靜壓和全壓壓空氣在風管中流動動時，由于風管阻阻力和流速變化，，空氣的壓力是不不斷變化的。研究究風管內(nèi)壓力的分分布規(guī)律，有助于于我們正確設(shè)計通通風和空調(diào)系統(tǒng)并并使之經(jīng)濟合理、、安全可靠的運行行。分析的原理是風流流的能量方程和靜靜壓、動壓與全壓壓的關(guān)系式。動壓(Pd):指空氣流動時產(chǎn)生生的壓力，只要風風管內(nèi)空氣流動就就具有一定的動壓壓，其值永遠是正正的。靜壓(Pj):由于空氣分子不規(guī)規(guī)則運動而撞擊于于管壁上產(chǎn)生的壓壓力稱為靜壓。計算時，以絕對真真空為計算零點的的靜壓稱為絕對靜靜壓。以大氣壓力力為零點的靜壓稱稱為相對靜壓?？湛照{(diào)中的空氣靜壓壓均指相對靜壓。。靜壓高于大氣壓時時為正值，低于大大氣壓時為負值。228.2風管內(nèi)的壓力分布布全壓(Pq)

:全壓是靜壓和動壓壓的代數(shù)和：Pq＝Pj十Pd全壓代表l

m3氣體所具有的總能能量。若以大氣壓壓為計算的起點，，它可以是正值，，亦可以是負值。。Z2Z112根據(jù)能量守恒定律律，可以寫出空氣氣在管道內(nèi)流動時時不同斷面間的能能量方程（伯努利利方程）。我們可以利用上式式對任一通風空調(diào)調(diào)系統(tǒng)的壓力分布布進行分析238.2.2風管內(nèi)空氣壓力的的分布把一套通風除塵系系統(tǒng)內(nèi)氣流的動壓壓、靜壓和全壓的的變化表示在以相相對壓力為縱坐標標的坐標圖上，就就稱為通風除塵系系統(tǒng)的壓力分布圖圖。設(shè)有圖8-10所示的通風系統(tǒng)，，空氣進出口都有有局部阻力。分析析該系統(tǒng)風管內(nèi)的的壓力分布。248.3通風管道的水力計計算8.3.1風道設(shè)計的內(nèi)容及及原則風道的水水力計算算分設(shè)計計算算和校核計算算兩類。風道設(shè)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(diào)調(diào)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(jié)結(jié)構(gòu)相配配合，使使其完美美統(tǒng)一。。8.3.2風道設(shè)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(shè)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(diào)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，除塵器器阻力900Pa。對該系系統(tǒng)進行行水力計計算，確確定該系系統(tǒng)的風風管斷面面尺寸和和阻力并并選擇風風機。272829303132333435363738398.4均勻送風風管道設(shè)設(shè)計計算算在通風、、空調(diào)、、冷庫、、烘房及及氣幕裝裝置中，，常常要要求把等等量的空空氣經(jīng)由由風道側(cè)側(cè)壁（開開有條縫縫、孔口口或短管管）均勻勻的輸送送到各個個空間，，以達到到空間內(nèi)均勻送風風管道通通常有以以下幾種種形式：：（1）條縫寬寬度或孔孔口面積積變化，，風道斷斷面不變變，如圖圖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口吹出和和吸入的的速度分分布40（2）風道斷斷面變化化，條縫縫寬度或或孔口面面積不變變，如圖圖8-15所示。圖8-15風道斷面面F變化，孔孔口流量量系數(shù)及孔口面面積不不變的均均勻送風風（3）風道斷斷面、條條縫寬度度或孔口口面積都都不變，，如圖8-16所示。風道斷面F及孔口面積不變時，管內(nèi)靜壓會不斷增大，可以根據(jù)靜壓變化，在孔口上設(shè)置不同的阻體來改變流量系數(shù)。8.4均勻送風風管道設(shè)設(shè)計計算算418.4.1均勻送風風管道的的設(shè)計原原理風管內(nèi)流流動的空空氣，在在管壁的的垂直方方向受到到氣流靜靜壓作用用，如果果在管的的側(cè)壁開開孔，由由于孔口口內(nèi)外靜靜壓差的的作用，，空氣會會在垂直直管壁方方向從孔孔口流出出。但由由于受到到原有管管內(nèi)軸向向流速的的影響，，其孔口口出流方方向并非非垂直于于管壁，，而是以以合成速速度沿風風管軸線線成角角的方方向流出出，如圖圖8-17所示。ff0vjvdvf0圖8-17孔口出流流狀態(tài)圖圖421.出流的實實際流速速和流向向靜壓差產(chǎn)產(chǎn)生的流流速為：：空氣從孔孔口出流流時，它它的實際際流速和和出流方方向不僅僅取決于于靜壓產(chǎn)產(chǎn)生的流流速大小小和方向向，還受受管內(nèi)流流速的影影響。孔孔口出流流的實際際速度為為二者的的合成速速度。速速度的大大小為：：利用速度度四邊形形對角線線法則，，實際流流速的的方向與與風道軸軸線方向向的的夾夾角（出出流角））為空氣在風管內(nèi)的的軸向流速為：：8.4.1均勻送風管道的的設(shè)計原理432.孔口出流的風量量對于孔口出流，，流量可表示成成：孔口處平均流速速：8.4.1均勻送風管道的的設(shè)計原理443.實現(xiàn)均勻送風的的條件要實現(xiàn)均勻送風風需要滿足下面面兩個基本要求求：1）各側(cè)孔或短管管的出流風量相相等；2）出口氣流盡量量與管道側(cè)壁垂垂直，否則盡管管風量相等也不不會均勻。從式（8-34）可以看出，對對側(cè)孔面積保保持不變變的均勻送風管管道，要使各側(cè)側(cè)孔的送風量保保持相等，必需需保證各側(cè)孔的的靜壓和和流量系數(shù)相相等；；要使出口氣流流盡量保持垂直直，要求出流角角接近近90°。下面具體分析各各項措施。如圖8-18所示有兩個側(cè)孔孔，根據(jù)流體力力學原理可知，，斷面1處的全壓應(yīng)應(yīng)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(cè)孔靜靜壓相等45由此說明，欲使使兩個側(cè)孔靜壓壓相等，就必須須有也就是說，若能能使兩個側(cè)孔的的動壓降等于兩兩側(cè)孔間的風管管阻力，兩側(cè)孔孔處的靜壓就保保持相等。圖8-18側(cè)孔出流狀態(tài)圖圖46（2）保持各側(cè)孔流流量系數(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(cè)孔的出流角度也愈大，即出流方向與管壁側(cè)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(cè)孔氣流出流方方向與送風均勻勻性478.4.2均勻送風管道的的計算均勻送風管道計計算的目的是確確定側(cè)孔的個數(shù)數(shù)、間距、面積積及出風量，風風管斷面尺寸和和均勻送風管段段的阻力。均勻送風管道計計算和一般送風風管道計算相似似，只是在計算算側(cè)孔送風時的的局部阻力系數(shù)數(shù)時需要注意。。側(cè)孔送風管道道可以認為是支支管長度