煙氣管道阻力計算

.PAGE5/NUMPAGES5第三節(jié)管道阻力空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動阻力有兩種形式：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<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)流動時,單位長度管道的摩擦阻力按下式計算：<5—3>式中Rm——單位長度摩擦阻力,Pa／m；υ——風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速,m／s；ρ——空氣的密度,kg／m3；λ——摩擦阻力系數(shù)；Rs——風(fēng)管的水力半徑,m。對圓形風(fēng)管：<5—4>式中D——風(fēng)管直徑,m。對矩形風(fēng)管<5—5>式中a,b——矩形風(fēng)管的邊長,m。因此,圓形風(fēng)管的單位長度摩擦阻力<5—6>摩擦阻力系數(shù)λ與空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動狀態(tài)和風(fēng)管內(nèi)壁的粗糙度有關(guān)。計算摩擦阻力系數(shù)的公式很多,美國、日本、德國的一些暖通手冊和我國通用通風(fēng)管道計算表中所采用的公式如下：<5—7>式中K——風(fēng)管內(nèi)壁粗糙度,mm；Re——雷諾數(shù)。<5—8>式中υ——風(fēng)管內(nèi)空氣流速,m／s；d——風(fēng)管內(nèi)徑,m；ν——運動黏度,m2／s。在實際應(yīng)用中,為了避免煩瑣的計算,可制成各種形式的計算表或線解圖。圖5—2是計算圓形鋼板風(fēng)管的線解圖。它是在氣體壓力B＝101．3kPa、溫度t=20℃、管壁粗糙度K＝0．15mm等條件下得出的。經(jīng)核算,按此圖查得的Rm值與《全國通用通風(fēng)管道計算表》查得的λ／d值算出的Rm值基本一致,其誤差已可滿足工程設(shè)計的需要。只要已知風(fēng)量、管徑、流速、單位摩擦阻力4圖5—2圓形鋼板風(fēng)管計算線解圖[例]有一個10m長薄鋼板風(fēng)管,已知風(fēng)量L＝2400m3／h,流速υ＝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,從這點向右做垂線,與流速υ＝16m／s的斜線相交于一點,在通過該點表示風(fēng)管直徑的斜線上讀得d＝230mm。再過該點做垂直于橫坐標(biāo)的垂線,在與表示單位摩擦阻力的橫坐標(biāo)交點上直接讀得Rm＝13．5Pa／m該段風(fēng)管摩擦阻力為：R＝Rml＝13．5×10Pa＝135Pa無論是按照《全國通用通風(fēng)管道計算表》,還是按圖5—2計算風(fēng)管時,如被輸送空氣的溫度不等于20℃,而且相差較大時,則應(yīng)對R<5—9>式中——在不同溫度下,實際的單位長度摩擦阻力,Pa；Rm——按20℃的計算表或線解圖查得的單位摩擦阻力,PaKt——摩擦阻力溫度修正系數(shù),如圖5—3所示。圖5—3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)實際使用的鋼板制風(fēng)管,其內(nèi)壁粗糙度K值與制圖表數(shù)值有較大出入時,由計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υ為風(fēng)管內(nèi)空氣流速。表5—3管壁粗糙度修正系數(shù)對于一般的通風(fēng)除塵管道,粉塵對摩擦阻力的影響很小,例如含塵濃度為50g／m3時,所增大的摩擦阻力不超過2％,因此一般情況下可忽略不計。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)過這類配件時,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：①流量不改變時產(chǎn)生的局部阻力,如空氣通過彎頭、漸擴管、漸縮管等；②流量改變時所產(chǎn)生的局部阻力,如空氣通過三通等。局部阻力可按下式計算：<5—10>式中Z——局部阻力,Pa；ξ——局部阻力系數(shù),見表5—4；υ——空氣流速,m／s；ρ—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)通常都是通過實驗確定的?？梢詮挠嘘P(guān)采暖通風(fēng)手冊中查得。表5—4列出了部分管道部件的局部阻力系數(shù)值。在計算通風(fēng)管道時,局部阻力的計算是非常重要的一部分。因為在大多數(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,如何采取措施減少局部阻力是必須重視的問題。.表5—4常見管件局部阻力系數(shù).下面通過分析幾種常見管件產(chǎn)生局部阻力的原因,提出減少局部阻力的辦法。1．三通圖5—4為一合流三通中氣流的流動情況。流速不同的1、2兩股氣流在匯合時發(fā)生碰撞,以及氣流速度改變時形成渦流是產(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30°。只有在安裝條件限制或為了平衡阻力的情況下,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υ3＝υ1=υ2來確定總管和分支管的斷面積。這樣,風(fēng)管斷面積的關(guān)系為：F3＝F1+F2。2．彎頭當(dāng)氣流流過彎頭時<見圖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)Ⅱ。兩個渦流區(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5—5彎頭中氣流流動狀況實驗證明,增大曲率半徑可以使彎頭內(nèi)的渦流區(qū)和旋轉(zhuǎn)運動減弱。但是彎頭的曲率半徑也不宜太大,以免占用的空間過大,一般取曲率半徑R等于彎頭直徑的1～2倍。在任何情況下,都不宜采用90°的"Г"形直角彎頭。3．漸縮或漸擴管漸縮或漸擴管的局部阻力是由于氣流流經(jīng)管件時,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5—6是漸擴管中氣流的流動狀況,圖5—6漸擴管中氣流流動狀況實驗證明,漸縮或漸擴管中心角。越大,渦流區(qū)越大,能量損失也越大。為了減少漸縮、漸擴管的局部阻力,必須減小中心角α,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45°。三、系統(tǒng)阻力整個通風(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壓損失4部分。四、通風(fēng)管道的壓力分布圖5—7所示為一簡單通風(fēng)系統(tǒng),其中沒有管件、吸塵罩和除塵器,假定空氣在進口A和出口C處局部阻力很小,可以忽略不計,系統(tǒng)僅有摩擦阻力。圖5—7僅有摩擦阻力的風(fēng)管壓力分布按下列步驟可以說明該風(fēng)管壓力分布。<1>定出風(fēng)管中各點的壓力。風(fēng)機開動后,空氣由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)檫\動狀態(tài)。因為風(fēng)管斷面不變,所以各點<斷面>的空氣流速相等,即動壓相等。各點的動壓分布分別為：[點A][點B]全壓空氣從點A流至點B時要克服風(fēng)管的摩擦阻力,所以點B的全壓<即風(fēng)機吸入口的全壓>為：式中Rm——風(fēng)管單位長度摩擦阻力,Pa／m；l1——從點A至點B的風(fēng)管長度,m。由式<5—11>可以看出,當(dāng)風(fēng)管內(nèi)空氣流速不變時,風(fēng)管的阻力是由降低空氣的靜壓來克服的。[點C]當(dāng)空氣排入大氣時,這一能量便全部消失在大氣中,稱為風(fēng)管出口動壓損失。[點B′]空氣由點B′流至點C需要克服摩擦阻力Rml2,所以：<2>把以上各點的數(shù)值在圖上標(biāo)出,并連成直線,即可繪出壓力分布圖。如圖5—7所示。風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)壓Hf等于風(fēng)機進、出口的全壓差,即