管道阻力損失計(jì)算

1、管道的阻力計(jì)算 風(fēng)管內(nèi)空氣流動(dòng)的阻力有兩種，一種是由于空氣本身的粘滯性及其與管壁間的摩擦而產(chǎn)生的沿程能量損失，稱為摩擦阻力或沿程阻力；另一種是空氣流經(jīng)風(fēng)管中的管件及設(shè)備時(shí)，由于流速的大小和方向變化以及產(chǎn)生渦流造成比較集中的能量損失，稱為局部阻力。通常直管中以摩擦阻力為主，而彎管以局部阻力阻力為主（圖6-1-1）。 圖6-1-1  直管與彎管（一）摩擦阻力1圓形管道摩擦阻力的計(jì)算根據(jù)流體力學(xué)原理，空氣在橫斷面形狀不變的管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力按下式計(jì)算：          

2、60;               （6-1-1）對(duì)于圓形風(fēng)管，摩擦阻力計(jì)算公式可改為：                               （6-1-2）圓形風(fēng)管單位長(zhǎng)度

3、的摩擦阻力（又稱比摩阻）為：                            （6-1-3）以上各式中摩擦阻力系數(shù)；v風(fēng)秘內(nèi)空氣的平均流速，m/s；空氣的密度，kg/m3；l風(fēng)管長(zhǎng)度，m；Rs風(fēng)管的水力半徑，m；f管道中充滿流體部分的橫斷面積，m2；P濕周，在通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中即為風(fēng)管的周長(zhǎng)，m；D圓形風(fēng)管直徑，m。摩擦阻力系數(shù)與空氣

4、在風(fēng)管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)和風(fēng)管管壁的粗糙度有關(guān)。在通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)中，薄鋼板風(fēng)管的空氣流動(dòng)狀態(tài)大多數(shù)屬于紊流光滑區(qū)到粗糙區(qū)之間的過渡區(qū)。通常，高速風(fēng)管的流動(dòng)狀態(tài)也處于過渡區(qū)。只有流速很高、表面粗糙的磚、混凝土風(fēng)管流動(dòng)狀態(tài)才屬于粗糙區(qū)。計(jì)算過渡區(qū)摩擦阻力系數(shù)的公式很多，下面列出的公式適用范圍較大，在目前得到較廣泛的采用：                （6-1-4）式中  K風(fēng)管內(nèi)壁粗糙度，mm；D風(fēng)管直徑，mm。進(jìn)行通風(fēng)管道的設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免煩

5、瑣的計(jì)算，可根據(jù)公式（6-1-3）和（6-1-4）制成各種形式的計(jì)算表或線解圖，供計(jì)算管道阻力時(shí)使用。只要已知流量、管徑、流速、阻力四個(gè)參數(shù)中的任意兩個(gè)，即可利用線解圖求得其余的兩個(gè)參數(shù)。線解圖是按過渡區(qū)的值，在壓力B0=101.3kPa、溫度t0=20、寬氣密度0=1.204kg/m3、運(yùn)動(dòng)粘度v0=15.06×106m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm、圓形風(fēng)管等條件下得出的。當(dāng)實(shí)際使用條件下上述條件不相符時(shí)，應(yīng)進(jìn)行修正。（1）密度和粘度的修正           

6、60;   （6-1-5）式中  Rm實(shí)際的單位長(zhǎng)度摩擦阻力，Pa/m；Rmo圖上查出的單位長(zhǎng)度摩擦阻力，Pa/m；實(shí)際的空氣密度，kg/m3；v實(shí)際的空氣運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s。（2）空氣溫度和大氣壓力的修正                         （6-1-6）式中  Kt溫度修正系數(shù)。KB大氣壓力修正系數(shù)。 

7、                               （6-1-7）式中   t實(shí)際的空氣溫度，。               &#

8、160;           （6-1-8）式中   B實(shí)際的大氣壓力，kPa。（3）管壁粗糙度的修正在通風(fēng)空調(diào)工程中，常采用不同材料制作風(fēng)管，各種材料的粗糙度K見表6-1-1。當(dāng)風(fēng)管管壁的粗糙度K0.15mm時(shí)，可按下式修正。Rm=KrRmo       Pa/m             

9、0;         （6-1-9）Kr=（Kv）0.25                              （6-1-10）式中  Kr管壁粗糙度修正系數(shù)；K管壁粗糙度，mm；v管內(nèi)空氣流速，m/s。表6-1-1

10、0; 各種材料的粗糙度K風(fēng)管材料粗糙度（mm）薄鋼板或鍍鋅薄鋼板0.150.18塑料板0.010.05礦渣石膏板1.0礦渣混凝土板1.5膠合板1.0磚砌體36混凝土13木板0.21.02矩形風(fēng)管的摩擦阻力計(jì)算上述計(jì)算是按圓形風(fēng)管得出的，要進(jìn)行矩形風(fēng)管計(jì)算，需先把矩形風(fēng)管斷面尺寸折算成相當(dāng)?shù)膱A形風(fēng)管直徑，即折算成當(dāng)量直徑。再由此求得矩形風(fēng)管的單位長(zhǎng)度摩擦阻力。所謂“當(dāng)量直徑”，就是與矩形風(fēng)管有相同單位長(zhǎng)度摩擦阻力的圓形風(fēng)管直徑，它有流速當(dāng)量直徑和流量當(dāng)量直徑兩種。（1）流速當(dāng)量直徑假設(shè)某一圓形風(fēng)管中的空氣流速與矩形風(fēng)管中的空氣流速相等，并且兩者的單位長(zhǎng)度摩擦阻力也相等，則該圓風(fēng)管的直徑就稱為此矩

11、形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑，以Dv表示。根據(jù)這一定義，從公式（6-1-1）可以看出，圓形風(fēng)管和矩形風(fēng)管的水力半徑必須相等。圓形風(fēng)管的水力半徑矩形風(fēng)管的水力半徑令則                       （6-1-11）Dv稱為邊長(zhǎng)為a×b的矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑。（2）流量當(dāng)量直徑設(shè)某一圓形風(fēng)管中的空氣流量與矩形風(fēng)管的空氣流量相等，并且單位長(zhǎng)度摩擦阻力也相等，則該圓形

12、風(fēng)管的直徑就稱為此矩形風(fēng)管的流量當(dāng)量直徑，以DL表示。根據(jù)推導(dǎo)，流量當(dāng)量直徑可近似按下式計(jì)算。                            （6-1-12）必須指出，利用當(dāng)量直徑求矩形風(fēng)管的阻力，要注意其對(duì)應(yīng)關(guān)系：采用流速當(dāng)量直徑時(shí)，必須用矩形風(fēng)管中的空氣流速去查出阻力；采用流量當(dāng)量直徑時(shí)，必須用矩形風(fēng)管中的空氣流量去

13、查出阻力。用兩種方法求得的矩形風(fēng)管單位長(zhǎng)度摩擦阻力是相等的。3摩擦阻力的轉(zhuǎn)換計(jì)算式    在實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算中, 一般將上述摩擦阻力計(jì)算式作一定的變換, 使其變?yōu)楦庇^的表達(dá)式. 目前有如下兩種變換方式:    (1) 比摩阻法令       稱Rm為比摩阻，Pa/m，其意義是單位長(zhǎng)度管道的摩擦阻力。這樣摩擦阻力計(jì)算式則變換成下列表達(dá)式：             

14、0;              （6-1-13）    為了便于工程設(shè)計(jì)計(jì)算, 人們對(duì)Rm的確定已作出了線解圖, 設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)管內(nèi)風(fēng)量、管徑和管壁粗糙度由線解圖上即可查出Rm值, 這樣就很容易由上式算出摩擦阻力。(2) 綜合摩擦阻力系數(shù)法管內(nèi)風(fēng)速，L為管內(nèi)風(fēng)量，f為管道斷面積。將代入摩擦阻力計(jì)算式：后, 令          

15、           則摩擦阻力計(jì)算式變換為下列表達(dá)式：                               （6-1-14）    稱Km為綜合摩擦阻力系數(shù), N

16、3;S2/m8。   采用  計(jì)算式更便于管道系統(tǒng)的分析及風(fēng)機(jī)的選擇，因此，在管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行分析與調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)，多采用該計(jì)算式。（二）局部阻力的計(jì)算當(dāng)空氣流過斷面變化的管件（如各種變徑管、風(fēng)管進(jìn)出口、閥門）、流向 變化的管件（彎頭）和流量變化的管件（如三通、四通、風(fēng)管的側(cè)面送、排風(fēng)口）都會(huì)產(chǎn)生局部阻力。局部阻力按下式計(jì)算                     

17、           （6-1-15）式中  局部阻力系數(shù)。局部阻力系數(shù)一般用實(shí)驗(yàn)方法確定。實(shí)驗(yàn)時(shí)先測(cè)出管件前后的全壓差（即局部阻力Z），再除以與速度v相應(yīng)的動(dòng)壓，求得局部阻力系數(shù)值。有的還整理成經(jīng)驗(yàn)公式。計(jì)算局部阻力時(shí)，必須注意值所對(duì)應(yīng)的氣流速度。由于通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中空氣的流動(dòng)都處于自模區(qū)，局部阻力系數(shù)只取決于管件的形狀，一般不考慮相對(duì)粗糙度和雷諾數(shù)的影響。局部阻力在通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中占有較大比例，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以注意，為了減小局部阻力，通常采取以下措施：(1) 避免風(fēng)管斷面的突然變化。(2) 減

18、少風(fēng)管的轉(zhuǎn)彎數(shù)量, 盡可能增大轉(zhuǎn)彎半徑。 圖6-1-2 管道彎頭如圖6-1-2。布置管道時(shí)，應(yīng)盡量以直線，減少彎頭。圓形風(fēng)管彎頭的曲率半徑一般大于（12）倍管徑；矩形風(fēng)管彎頭斷面的長(zhǎng)度比（B/A）愈大，阻力愈小。在民用建筑中，常采用矩形直角彎頭，應(yīng)在其中設(shè)導(dǎo)流片。（3）三通匯流要防止出現(xiàn)引射現(xiàn)象, 盡可能做到各分支管內(nèi)流速相等. 分支管道中心線夾角要盡可能小, 一般要求不大于30°。如圖6-1-3。三通內(nèi)流速不同的兩股氣流匯合時(shí)的碰撞，以及氣流速度改變時(shí)形成渦流是造成局部阻力的原因。兩股氣流在匯合過程中的能量損失一般是不相同的，它們的局部阻力應(yīng)分別計(jì)算。合流三通內(nèi)直管的氣流速度大于支管的氣流速度時(shí)，會(huì)發(fā)生直管氣流引射支管氣流的作用，即流速大的直管氣流失去能量，流速小的支管氣流得到能量，因而支管的局部阻力有時(shí)出現(xiàn)負(fù)值。同理，直管的局部阻力有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。但是，不可能同時(shí)為負(fù)值。必須指出，引射過程會(huì)有能量損失，為了減小三通的局部阻力，應(yīng)