管道阻力的基本計(jì)算方法

1、管道阻力計(jì)算空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動(dòng)阻力有兩種形式：一是由于空氣本身的黏滯性以及空氣與管壁間的摩擦所產(chǎn)生的阻力稱為摩擦阻力；另一是空氣流經(jīng)管道中的管件時(shí)（如三通、彎頭等），流速的大小和方向發(fā)生變化，由此產(chǎn)生的局部渦流所引起的阻力，稱為局部阻力。一、摩擦阻力根據(jù)流體力學(xué)原理，空氣在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，單位長(zhǎng)度管道的摩擦阻力按下式計(jì)算：式中 Rm九v2 Rm 二4Rs 2 單位長(zhǎng)度摩擦阻力，Pa/ m ；(53)u 風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速，m/s;P 空氣的密度，kg/m3;入一一摩擦阻力系數(shù)； Rs風(fēng)管的水力半徑， 對(duì)圓形風(fēng)管：m。Rs(54)式中 D 風(fēng)管直徑, 對(duì)矩形風(fēng)管m。Rsab2(a b)m。(5

2、5)式中 a, b矩形風(fēng)管的邊長(zhǎng)，因此，圓形風(fēng)管的單位長(zhǎng)度摩擦阻力2(5 6)摩擦阻力系數(shù)入與空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)和風(fēng)管內(nèi)壁的粗糙度有關(guān)。計(jì)算摩擦阻力系數(shù)的公式很多，美國(guó)、日本、德國(guó)的一些暖通手冊(cè)和我國(guó)通用通風(fēng)管道計(jì)算表中所采用的公式如下:= -2lg(-KD3.7DR；51)(57)式中 K 風(fēng)管內(nèi)壁粗糙度，mm; Re雷諾數(shù)。Revdu(58)式中 u風(fēng)管內(nèi)空氣流速，m/s;d風(fēng)管內(nèi)徑，m;v運(yùn)動(dòng)黏度， m2/ s。在實(shí)際應(yīng)用中，為了避免煩瑣的計(jì)算，可制成各種形式的計(jì)算表或線解圖。圖52是計(jì)算圓形鋼板風(fēng)管的線解圖。它是在氣體壓力B = 101 . 3kPa、溫度t=20 C、管壁粗糙度

3、K=0 15mm等條件下得出的。經(jīng)核算，按此圖查得的Rm值與全國(guó)通用通風(fēng)管道計(jì)算表查得的入/d值算出的Rm值基本一致，其誤差已可滿足工程設(shè)計(jì)的需要。只要已知風(fēng)量、 管徑、流速、單位摩擦阻力 4個(gè)參數(shù)中的任意兩個(gè)，即可利用該圖求得其余兩個(gè)參數(shù)，計(jì)算 很方便。圖52圓形鋼板風(fēng)管計(jì)算線解圖例有一個(gè)10m長(zhǎng)薄鋼板風(fēng)管，已知風(fēng)量L = 2400m3/h,流速u = 16m/s,管壁粗糙度K = 0. 15mm，求該風(fēng)管直徑d及風(fēng)管摩擦阻力 R。解 利用線解圖5 2,在縱坐標(biāo)上找到風(fēng)量 L = 2400m3/h，從這點(diǎn)向右做垂線，與流 速u = 16m/s的斜線相交于一點(diǎn)，在通過(guò)該點(diǎn)表示風(fēng)管直徑的斜線上讀

4、得d = 230mm。再過(guò)該點(diǎn)做垂直于橫坐標(biāo)的垂線，在與表示單位摩擦阻力的橫坐標(biāo)交點(diǎn)上直接讀得13. 5Pa/ m。Rm =R= Rml= 13.無(wú)論是按照全國(guó)通用通風(fēng)管道計(jì)算表溫度不等于20C，而且相差較大時(shí)，則應(yīng)對(duì)5 x 10Pa= 135Pa,還是按圖52計(jì)算風(fēng)管時(shí)，如被輸送空氣的R。值進(jìn)行修正，修正公式如下：Rm = RmKt(5 9)該段風(fēng)管摩擦阻力為：式中 Rm 在不同溫度下，實(shí)際的單位長(zhǎng)度摩擦阻力，Pa；Rm按20C的計(jì)算表或線解圖查得的單位摩擦阻力，Pa;Kt摩擦阻力溫度修正系數(shù)，如圖53所示。圖53摩擦阻力溫度修正系數(shù)鋼板制的風(fēng)管內(nèi)壁粗糙度 K值一般為0. 15mm。當(dāng)實(shí)際使

5、用的鋼板制風(fēng)管，其內(nèi)壁粗糙度K值與制圖表數(shù)值有較大出入時(shí)，由計(jì)算圖表查得的單位摩擦阻力Rm值乘以表5 3中相應(yīng)的粗糙度修正系數(shù)。表中u為風(fēng)管內(nèi)空氣流速。表5 3管壁粗糙度修正系數(shù)對(duì)于一般的通風(fēng)除塵管道，粉塵對(duì)摩擦阻力的影響很小，例如含塵濃度為50g/m3時(shí)，所增大的摩擦阻力不超過(guò)2%,因此一般情況下可忽略不計(jì)。二、局部阻力各種通風(fēng)管道要安裝一些彎頭、三通等配件。流體經(jīng)過(guò)這類配件時(shí),由于邊壁或流量的改變，引起了流速的大小、方向或分布的變化，由此產(chǎn)生的能量損失，稱為局部損失，也稱 局部阻力。局部阻力主要可分為兩類：流量不改變時(shí)產(chǎn)生的局部阻力，如空氣通過(guò)彎頭、 漸擴(kuò)管、漸縮管等；流量改變時(shí)所產(chǎn)生的局

6、部阻力，如空氣通過(guò)三通等。局部阻力可按下式計(jì)算：22(5 10)54;Z式中 Z局部阻力，Pa;E 局部阻力系數(shù)，見(jiàn)表u 空氣流速，m/s;P 空氣密度，kg / m3。上式表明，局部阻力與其中流速的平方成正比。局部阻力系數(shù)通常都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的。 可以從有關(guān)采暖通風(fēng)手冊(cè)中查得。表54列出了部分管道部件的局部阻力系數(shù)值。在計(jì)算通風(fēng)管道時(shí)，局部阻力的計(jì)算是非常重要的一部分。因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下， 克服局部阻力而損失的能量要比克服摩擦阻力而損失的能量大得多。所以，在制作管件時(shí)，如何采取措施減少局部阻力是必須重視的問(wèn)題。表 5 4 常見(jiàn)管件局部阻力系數(shù)下面通過(guò)分析幾種常見(jiàn)管件產(chǎn)生局部阻力的原因，提出減

7、 少局部阻力的辦法。1三通圖 5 4 為一合流三通中氣流的流動(dòng)情況。 流速不同的 1、2 兩股氣流在匯合時(shí)發(fā)生碰撞， 以及氣流速度改變時(shí)形成渦流是產(chǎn)生局部阻力的原因。 三通局部阻力的大小與分支管中心夾 角、三通斷面形狀、支管與總管的面積比和流量比（即流速比 ）有關(guān)。圖 5 4 合流三通中氣流流動(dòng)狀態(tài) 為了減少三通局部阻力，分支管中心夾角。應(yīng)該取得小一些，一般不超過(guò)30。只有在安裝條件限制或?yàn)榱似胶庾枇Φ那闆r下， 才用較大的夾角， 但在任何情況下， 都不宜做成 垂直的“ T”形三通。為了避免出現(xiàn)引射現(xiàn)象，應(yīng)盡可能使總管和分支管的氣流速度相等， 即按u 3=U i=u 2來(lái)確定總管和分支管的斷面積

8、。這樣，風(fēng)管斷面積的關(guān)系為：F3= F1 + F2。2彎頭當(dāng)氣流流過(guò)彎頭時(shí)（見(jiàn)圖5 5），由于氣流與管壁的沖擊， 產(chǎn)生了渦流區(qū)I；又由于氣流 的慣性，使邊界層脫離內(nèi)壁，產(chǎn)生了渦流區(qū)H。兩個(gè)渦流區(qū)的存在，使管道中心處的氣流速 度要比管壁附近大， 因而產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)氣流。 渦流區(qū)的產(chǎn)生和氣流的旋轉(zhuǎn)都是造成局部阻力的 原因。圖 55 彎頭中氣流流動(dòng)狀況實(shí)驗(yàn)證明， 增大曲率半徑可以使彎頭內(nèi)的渦流區(qū)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)減弱。 但是彎頭的曲率半徑 也不宜太大，以免占用的空間過(guò)大，一般取曲率半徑R等于彎頭直徑的12倍。在任何情況下，都不宜采用 90的“ r”形直角彎頭。3漸縮或漸擴(kuò)管漸縮或漸擴(kuò)管的局部阻力是由于氣流流經(jīng)管

9、件時(shí)， 斷面和流速發(fā)生變化， 使氣流脫離管 壁，形成渦流區(qū)而造成的。圖 56 是漸擴(kuò)管中氣流的流動(dòng)狀況，圖 56 漸擴(kuò)管中氣流流動(dòng)狀況實(shí)驗(yàn)證明， 漸縮或漸擴(kuò)管中心角。 越大， 渦流區(qū)越大， 能量損失也越大。 為了減少漸縮、 漸擴(kuò)管的局部阻力， 必須減小中心角a ,緩和流速分布的變化，使渦流區(qū)范圍縮小。通常中 心角。不宜超過(guò) 45。三、系統(tǒng)阻力整個(gè)通風(fēng)除塵系統(tǒng)的阻力稱為系統(tǒng)阻力， 它包括吸塵罩阻力、 風(fēng)管阻力、 除塵器阻力和 出口動(dòng)壓損失 4 部分。四、通風(fēng)管道的壓力分布圖 57 所示為一簡(jiǎn)單通風(fēng)系統(tǒng)，其中沒(méi)有管件、吸塵罩和除塵器，假定空氣在進(jìn)口A和出口 C 處局部阻力很小，可以忽略不計(jì)，系統(tǒng)僅

10、有摩擦阻力。圖 57 僅有摩擦阻力的風(fēng)管壓力分布 按下列步驟可以說(shuō)明該風(fēng)管壓力分布。（1）定出風(fēng)管中各點(diǎn)的壓力。風(fēng)機(jī)開(kāi)動(dòng)后，空氣由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因?yàn)轱L(fēng)管斷 面不變，所以各點(diǎn) （斷面）的空氣流速相等，即動(dòng)壓相等。各點(diǎn)的動(dòng)壓分布分別為：點(diǎn) A點(diǎn) B全壓 空氣從點(diǎn) A 流至點(diǎn)月時(shí)要克服風(fēng)管的摩擦阻力， 所以點(diǎn) B 的全壓（即風(fēng)機(jī)吸入口 的全壓 ）為： 式中 Rm 風(fēng)管單位長(zhǎng)度摩擦阻力，Pa/ m;li從點(diǎn)A至點(diǎn)B的風(fēng)管長(zhǎng)度，m。由式（511）可以看出，當(dāng)風(fēng)管內(nèi)空氣流速不變時(shí)，風(fēng)管的阻力是由降低空氣的靜壓來(lái) 克服的。點(diǎn) C 當(dāng)空氣排入大氣時(shí)，這一能量便全部消失在大氣中，稱為風(fēng)管出口動(dòng)壓損失。點(diǎn) B空氣由點(diǎn)B 流至點(diǎn)C需要克服摩擦阻力 Rml2，所以：（2）把以上各點(diǎn)的數(shù)值在圖上標(biāo)出，并連成直線， 即可繪出壓力分布圖。 如圖 57 所示。風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓 Hf 等于風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口的全壓差，即從風(fēng)管壓力分布圖和計(jì)算結(jié)果可以給人們以下啟示。 風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓等于風(fēng)管的阻力及出口動(dòng)壓損