《流體輸配管網(wǎng) 第4版》 課件 第6、7章 氣體流動及其網(wǎng)路、其他管網(wǎng)系統(tǒng)

流體輸配管網(wǎng)

第4版

第6章氣體流動及其網(wǎng)路6.1通風空調(diào)管路

6.1.1氣體輸配管網(wǎng)型式與裝置

6.1.1.1通風空調(diào)工程的空氣輸配管網(wǎng)型式

通風工程的主要任務(wù)是控制室內(nèi)污染物和維持室內(nèi)溫濕度，保證良好的空氣品質(zhì)，并保護大氣環(huán)境。

通風工程通過室內(nèi)外空氣交換，排除室內(nèi)的污染空氣，將清潔的、具有一定溫濕度（焓或能量）的空氣送入室內(nèi)，使室內(nèi)空氣污染物濃度符合衛(wèi)生標準，滿足生產(chǎn)工藝和衛(wèi)生要求。

室內(nèi)外空氣交換主要由空氣輸配管網(wǎng)——風管系統(tǒng)承擔。

通風工程的風管系統(tǒng)分為兩類：排風系統(tǒng)和送風系統(tǒng)。

排風系統(tǒng)的基本功能是排除室內(nèi)的污染空氣。如圖6-1。

送風系統(tǒng)的基本功能是將清潔空氣送入室內(nèi)。如圖6-2。

圖6-1排風系統(tǒng)圖6-2送風系統(tǒng)1-排風罩；2-風管；3-凈化設(shè)備1-新風口；2-進氣處理設(shè)備；3-風機4-風機；5-風帽4-風管；5-送風口空調(diào)工程除了承擔通風工程的主要任務(wù)外，增加了新的任務(wù)，即不論室外氣象條件怎樣變化，都要維持室內(nèi)熱環(huán)境的舒適性，或使室內(nèi)熱環(huán)境滿足生產(chǎn)工藝的要求。因此空調(diào)系統(tǒng)具有兩個基本功能，控制室內(nèi)空氣污染物濃度和熱環(huán)境質(zhì)量。

在技術(shù)上，可由兩個系統(tǒng)分別承擔。一個是控制室內(nèi)污染物濃度的新風（清潔的室外空氣）系統(tǒng)，即通風工程種的新風系統(tǒng)；另一個是控制室內(nèi)熱環(huán)境的系統(tǒng)，例如降溫或采暖的冷熱水系統(tǒng)。

技術(shù)上也可由送風系統(tǒng)同時承擔控制室內(nèi)空氣污染物濃度和熱環(huán)境質(zhì)量兩個任務(wù)。

圖6-3空調(diào)送風系統(tǒng)

1-新風口；2-空調(diào)機；3-風機；4-送風管；5-送風口6-回風口；7、8-回風管；9-排風管；10-排風口

如圖6-3稱為一次回風。

其它幾種常用的空調(diào)風系統(tǒng)有二次回風系統(tǒng)﹑雙風道系統(tǒng)﹑變風量系統(tǒng)、定風量系統(tǒng)、變風量系統(tǒng)。

6.1.1.2通風空調(diào)工程空氣輸配管網(wǎng)的裝置及管件

通風空調(diào)工程中空氣輸配管網(wǎng)的裝置及管件有風口﹑風閥﹑三通﹑彎頭﹑變徑（形）管、空氣處理設(shè)備等。6.1.2通風管道阻力計算

6.1.2.1通風管道的種類及風管材料

通風管道常采用的斷面形式有圓形及矩形。民用建筑為了與建筑結(jié)構(gòu)相配合多采用矩形的。工業(yè)廠房的送排風系統(tǒng)的管道多采用圓形的。6.1.2.2一般通風管道內(nèi)的風速

可按表6-2選用。

6.1.2.3通風管道阻力計算

通風管道內(nèi)空氣流動阻力由摩擦阻力和局部阻力兩部分組成的。

1．摩擦阻力

空氣沿著斷面不變的直管段中流動所引起的能量損失稱為摩擦阻力。單位長度管段所產(chǎn)生的摩擦阻力稱為單位摩擦阻力，通常也稱為摩阻，單位為Pa/m。

對于圓形通風管道的單位摩擦阻力，可按下式計算：圖6-4薄鋼板風管的比摩阻線解圖圖6-5風道粗糙度的修正系數(shù)

2．局部阻力

通風管道是由各種不變斷面的直管段和許多局部構(gòu)件所組成的。局部構(gòu)件種類較多，如彎頭，漸擴管和漸縮管，三通管，調(diào)節(jié)閥以及各種送、回風口等?？諝饬鬟^這些局部構(gòu)件所產(chǎn)生的集中能量損失即為局部阻力。

局部阻力可按下式計算：3．通風管道全部阻力

通風管道的全部阻力等于各管段的摩擦阻力和局部阻力之和。即：

4．通風管道的計算

風道計算的目的主要是根據(jù)輸送的空氣量來確定風道斷面尺寸和選擇合理的局部構(gòu)件，計算通風系統(tǒng)的總阻力，然后選擇合適的通風機。

通風管道的計算方法很多，只介紹假定速度法。

一般通風管道計算可按以下步驟進行。

①根據(jù)風管平剖面布置圖繪制出通風管道系統(tǒng)圖，標出設(shè)備及局部管件的位置。以及道斷面和流量不變?yōu)樵瓌t把通風管道系統(tǒng)分成若干個單獨管段，并編號，標出各管段的長度（一般以兩管件中心線長度計算）和風量。②選擇風管內(nèi)的空氣流速（見表6-2）確定風管斷面。

③根據(jù)各管段的風量和所確定的風管斷面尺寸計算最不利環(huán)路（一般是部件最多，管道最長，風量較大的環(huán)路）的摩擦阻力和局部阻力。

④并聯(lián)風管阻力計算，要求各并聯(lián)支管段之間的阻力差值，一般送排風系統(tǒng)不大于15%。當不可能通過改變分支管道斷面尺寸來達到阻力平衡要求時，則可利用風閥進行調(diào)節(jié)。

⑤最后求得所設(shè)計的通風系統(tǒng)的總阻力。通風系統(tǒng)的總阻力除通風管道的全部阻力外，還應(yīng)當包括空氣通過設(shè)備（如空氣處理及凈化設(shè)備等）阻力?！纠?-3】有一排風系統(tǒng)，如圖6-7。全部為鋼板制作的圓形風道，各管段的風量和長度均注于圖中，矩形傘形排風罩的擴散角分別為30°、60°，吸入三通分支管的夾角設(shè)計為30°，系統(tǒng)排出空氣的平均溫度為30°，試確定此系統(tǒng)的風道斷面及系統(tǒng)的阻力。

圖6-76.1.3均勻送風管道設(shè)計計算

6.1.3.1均勻送風管道的設(shè)計原理

空氣在風管內(nèi)流動時，其靜壓垂直作用于管壁。如果在風管的側(cè)壁開孔，由于孔口內(nèi)外存在靜壓差，空氣會按垂直于管壁的方向從孔口流出。靜壓差產(chǎn)生的流速為：空氣在風管內(nèi)的流速為：孔口出流方向：

孔口出流與風管軸線間的夾角α（出流角）孔口實際流速：

孔口流出風量：

qV

0＝3600μ

f

圖6-8側(cè)孔出流狀態(tài)圖

圖6-9從條縫口吹出和吸入的速度分布要實現(xiàn)均勻送風，可采取以下措施：

①送風管斷面積F和孔口面積f0不變時，管內(nèi)靜壓會不斷增大，可根據(jù)靜壓變化，在孔口設(shè)置不同的阻體，使不同的孔口具有不同的阻力。

②孔口面積f0和μ值不變時，可采用錐形風管改變送風管斷面積，使管內(nèi)靜壓基本保持不變。

③送風管斷面積F及孔口μ值不變時，可根據(jù)管內(nèi)靜壓變化，改變孔口面積f0。

④增大送風管斷面積F，減小孔口面積f0。圖6-10實現(xiàn)均勻送（排）風的方式6.1.3.2實現(xiàn)均勻送風的基本條件

①保持各側(cè)孔靜壓相等

②保持各側(cè)孔流量系數(shù)相等

③增大出流角α6.1.3.3側(cè)孔送風時的通路（直通部分）局部阻力系數(shù)和側(cè)孔局部阻力系數(shù)（或流量系數(shù)）

通常把側(cè)孔送風的均勻送風管看作是支管長度為零的三通，當空氣從側(cè)孔送出時，產(chǎn)生兩部分局部阻力，即直通部分的局部阻力和側(cè)孔流出時的局部阻力?！纠?-7】如圖6-13所示總風量為8000m3/h的圓形均勻送風管道，采用8個等面積的側(cè)孔送風，孔間距為1.5m。試確定其孔口面積、各斷面直徑及總阻力。

圖6-13均勻送風管道6.2氣力輸送系統(tǒng)的設(shè)計計算

6.2.1氣固兩相流的特征

氣力輸送是一種利用氣流輸送物料的輸送方式。當管道中的氣流遇到物料的阻礙時，其動壓將轉(zhuǎn)化成靜壓，推動物料在管內(nèi)輸送。

氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計計算的基本順序如下：

①根據(jù)工藝要求確定輸料量（生產(chǎn)率）：

②根據(jù)物料性質(zhì)和輸送條件，確定氣力輸送方式和主要部件、設(shè)備的型式；

③布置管路，繪制系統(tǒng)圖；

④根據(jù)物料性質(zhì)、氣力輸送方式等確定料氣比（混合比）、輸送風速；

⑤計算輸送風量，確定管徑和主要設(shè)備；

⑥計算系統(tǒng)的壓力損失；

⑦選擇風機。在氣力輸送系統(tǒng)中，固體物料和氣體介質(zhì)在管道內(nèi)形成兩相流動，影響氣力輸送技術(shù)經(jīng)流性能的因素：

1.物料的懸浮速度

2.兩相流中物料的運動狀態(tài)

3．兩相流的阻力特征6.2.2氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計的主要參數(shù)

1.輸送風速

2.物料速度和速比

3.料氣比6.2.3氣力輸送系統(tǒng)的阻力計算

1.喉管或吸嘴的阻力2.空氣和物料加速阻力3.物料的懸浮阻力4.物料的提升阻力5.輸料管的摩擦阻力

輸料管的摩擦阻力包括氣流的阻力和物料顆粒引起的附加阻力兩部分。

氣流的阻力物料顆粒引起的阻力6.彎管阻力7.分離器阻力8.其他部件的阻力

[例6-8]某廠鑄造車間決定采用低壓吸送式氣力送砂，其系統(tǒng)圖6-16所示。要求輸料量（新砂）qml=11000kg/h（3.05kg/s），已知物料密度=2650kg/m3，輸料管傾角70o，車間內(nèi)空氣溫度22℃。下面通過計算確定該系統(tǒng)的管徑、設(shè)備規(guī)格和阻力。

圖6-16低壓吸送式氣力送砂系統(tǒng)圖9.氣力輸送系統(tǒng)的管道布置

①布置生產(chǎn)工藝時，要為氣力輸送創(chuàng)造條件，盡量縮小輸送距離和提升速度；

②管路盡量簡單，避免支路叉道；

③減少彎管數(shù)量，采用較大的曲率半徑；

④避免管道由水平彎向垂直，以降低阻力，減少局部磨損，防止物料沉積。

⑤喉管后的直管長度應(yīng)小于（15～20）d，使物料順利加速。6.3燃氣管網(wǎng)水力計算基礎(chǔ)

6．3．1水力計算基本公式

1．對于高中壓燃氣管道

2．對于低壓管道6．3．2摩阻系數(shù)λ-

摩阻系數(shù)λ值的確定與燃氣管道的材料（管壁粗糙度）、管道連接方式和燃氣在管道內(nèi)的流動情況等因素有關(guān)。

確定摩阻系數(shù)λ一般用雷諾數(shù)Re來判定。6．3．4燃氣管道水力計算圖圖6-17高壓燃氣管道水力計算圖圖6-18中壓燃氣管道水力計算圖

圖6-19低壓燃氣管道水力計算圖

圖6-20戶內(nèi)人工燃氣管道水力計算圖

（ρ0=1kg/m3，

0=25×10-6m2/s）6．3．6局部阻力

燃氣在管道內(nèi)流動，除了克服長度阻力而消耗能量外，管道中的配件，如彎頭、三通、閥門等也需要消耗一部分能量。因為這部分能量消耗于管道部件的局部處，所以稱為局部阻力。

消耗在局部阻力的壓力損失，可用下式求得：6．3．8管道的當量管徑和當量長度

1．低壓管當量管徑的換算

2．低壓管當量長度的計算

3．高、中壓管道當量管徑和當量長度的計算6．3．9燃氣管道總壓力和壓力降分配

1．低壓管網(wǎng)允許壓力降的選擇

2．高、中壓管網(wǎng)的壓力降選擇6．3．10管道計算

1．高中壓干管計算

（1）單根管道的計算，高壓干管與中壓干管的設(shè)計程序相同。一般設(shè)計程序包括下列內(nèi)容：

①己知輸送的燃氣流量，管道長度，始、終點壓力，進行管徑計算；

②己知管徑，管道長度，始、終點壓力，進行通過能力的計算；

③己知輸送的燃氣流量、管道長、管徑、起點或終點壓力，進行終點或始點壓力的計算。[例6-9]如圖6-23所示，A為燃氣廠，B、C、D為沿途輸出，AB點距離為3公里；BC點距離為2km，CD點距離為2.2公里。B點輸出10000m3/h，C點輸出15000m3/h，D點輸出20000m3/h。時。自A點以2×105Pa絕對壓力輸出燃氣，送到D點的壓力保持1.5×105Pa絕對壓力，當燃氣對空氣相對密度為0.55時，求A、D間的鑄管管徑。

圖6-23中壓干管計算[例6-12]如圖6-26所示，管道的始點壓力為2.5×105Pa（絕對），終點壓力為1.5×105Pa（絕對），燃氣的相對密度為0.55，求直徑為50cm，40cm，30cm，長度為0.5km，0.8km，0.5km的燃氣通過能力。圖6-26不同管徑管道的流量計算[例6-20]試做六層住宅樓的室內(nèi)燃氣管道的水力計算，燃氣管道的布置見圖6-34室內(nèi)燃氣管道平面圖，和圖6-36管道系統(tǒng)圖，每家用戶裝雙眼灶一臺，額定熱負荷3.5×2kw，燃氣熱值為18000kJ/m3，燃氣密度ρ′=0.45kg/m3，運動粘度γ=25×10-6m2/s。

圖6-34室內(nèi)燃氣管道平面圖一層平面圖；（b）二層平面圖圖6-36管道系統(tǒng)圖本章理解難點主要結(jié)合例題理解氣體各類水力計算方法，重點仍是最不利管路，對于燃氣，了解燃氣壓力分配的概念；對于通風，重點理解均勻送風方法及靜壓箱壓力分布的基本特征第7章其他管網(wǎng)系統(tǒng)7.1壓縮空氣管網(wǎng)

壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)由壓縮空氣站、室外壓縮空氣管路、車間入口裝置及車間內(nèi)部壓縮空氣管路等四部分組成。

7.1.1壓縮空氣消耗量

單臺設(shè)備平均消耗量與最大消耗量的關(guān)系最大計算消耗量圖7－1設(shè)備同時使用系數(shù)7.1.2壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計容量的確定

對壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計容量的確定方法有三種：

1.用平均消耗量總和為依據(jù)進行設(shè)計2.用最大消耗量為依據(jù)進行設(shè)計3.以主要用氣設(shè)備的最大計算消耗量Vj，加上其余用氣設(shè)備的平均消耗量∑V0為依據(jù)進行設(shè)計

7.1.3壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)

壓縮空氣的管網(wǎng)系統(tǒng)是指室外空氣管道系統(tǒng)和室內(nèi)空氣管道系統(tǒng)。

圖7-2樹枝狀管道系統(tǒng)圖7-3輻射狀管網(wǎng)系統(tǒng)圖7-4雙樹枝狀管網(wǎng)系統(tǒng)圖7-5環(huán)狀管網(wǎng)系統(tǒng)7.2其它消防系統(tǒng)管網(wǎng)

7.2.1泡沫滅火系統(tǒng)

泡沫消防滅火系統(tǒng)一般包括泡沫滅火系統(tǒng)和消防冷卻給水系統(tǒng)兩部分。

泡沫消防滅火系統(tǒng)有液上噴射和液下噴射兩大類。

按型式分有固定式泡沫滅火系統(tǒng)、半固定式滅火系統(tǒng)和移動式泡沫滅火系統(tǒng)。

圖7-6空氣泡沫產(chǎn)生器示意圖泡沫滅火系統(tǒng)消防用水的給水計算如下：

（1）滅火用水量

（2）冷卻用水量

冷卻用水總量＝燃燒油罐+鄰近油罐冷卻用水量+其它冷卻用水量

（3）泡沫滅火消防用水總量

消防用水總量=滅火用水總量+冷卻用水總量7.2