通風管道系統(tǒng)的設計計算

8.0概述8.1風管內氣體流動的流態(tài)和阻力8.2風管內的壓力分布8.3通風管道的水力計算8.4均勻送風管道設計計算8.5通風管道設計中的常見問題及其處理措施8.6氣力輸送系統(tǒng)的管道設計計算第8章通風管道系統(tǒng)的設計計算1定義：把符合衛(wèi)生標準的新鮮空氣輸送到室內各需要地點，把室內局部地區(qū)或設備散發(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、空調管道等。作用：把通風進風口、空氣的熱、濕及凈化處理設備、送(排)風口、部件和風機連成一個整體，使之有效運轉。設計內容：風管及其部件的布置；管徑的確定；管內氣體流動時能量損耗的計算；風機和電動機功率的選擇。設計目標：在滿足工藝設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凈化設備如圖，在風機4的動力作用下，排風罩（或排風口）1將室內污染空氣吸入，經(jīng)管道2送入凈化設備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空調送風系統(tǒng)3風機1新風口室外大氣2進氣處理設備4風管5送風口室內如圖，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。48.1風管內氣體流動的流態(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)。在通風與空調工程中，雷諾數(shù)通常用右式表示：8.1.2風管內空氣流動的阻力產生阻力的原因：空氣在風管內流動之所以產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部相對運動出現(xiàn)的摩擦阻力以及風管材料內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與管內流態(tài)和風管管壁的粗糙度K/D有關圖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，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℃。求風管管內空氣流速和單位長度摩擦阻力。=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.矩形風管的沿程阻力計算《全國通用通風管道計算表》和附錄4的線算圖是按圓形風管得出的，在進行矩形風管的摩擦阻力計算時，需要把矩形風管斷面尺寸折算成與之相當?shù)膱A形風管直徑，即當量直徑，再由此求得矩形風管的單位長度摩擦阻力。所謂“當量直徑”，就是與矩形風管有相同單位長度摩擦阻力的圓形風管直徑，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]矩道風道內空氣流速

1）根據(jù)矩形風管的流速當量直徑Dv和實際流速V，求矩形風管的單位長度摩擦阻力。有一表面光滑的磚砌風道（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。[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度摩擦阻力。

矩形風道的流量當量直徑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，通風除塵、空氣調節(jié)和氣力輸送管道都要安裝一些諸如斷面變化的管件(如各種變徑管、變形管、風管進出口、閥門)、流向變化的管件（彎頭）和流量變化的管件(如三通、四通、風管的側面送、排風口)，用以控制和調節(jié)管內的氣流流動。流體經(jīng)過這些管件時，由于邊壁或流量的變化，均勻流在這一局部地區(qū)遭到破壞，引起流速的大小，方向或分布的變化，或者氣流的合流與分流，使得氣流中出現(xiàn)渦流區(qū)，由此產生了局部損失。多數(shù)局部阻力的計算還不能從理論上解決，必須借助于由實驗得來的經(jīng)驗公式或系數(shù)。局部阻力一般按下面公式確定：局部阻力系數(shù)也不能從理論上求得，一般用實驗方法確定。在附錄5中列出了部分常見管件的局部阻力系數(shù)。16局部阻力在通風、空調系統(tǒng)中占有較大的比例，在設計時應加以注意。減小局部阻力的著眼點在于防止或推遲氣流與壁面的分離，避免漩渦區(qū)的產生或減小漩渦區(qū)的大小和強度。下面介紹幾種常用的減小局部阻力的措施。減小局部阻力的措施（1）漸擴管和漸縮管幾種常見的局部阻力產生的類型：１、突變２、漸變

17３、轉彎處

４、分岔與會合θ2θ3123１３２θ1θ2減小局部阻力的措施18（2）三通圖8-4三通支管和干管的連接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設有導流片的直角彎頭（4）管道進出口圖8-8風管進出口阻力20（5）管數(shù)道和風辰機的連軟接圖8-9風機崇進出析口管恭道連傲接218.2風管內臥的壓力災分布8.2堆.1動壓鈔、靜樹壓和肉全壓空氣在著風管中專流動時轉，由于東風管阻奏力和流涂速變化蹦，空氣攏的壓力昨是不斷壤變化的袖。研究欄風管內區(qū)壓力的疑分布規(guī)想律，有友助于我雕們正確兄設計通襖風和空叢調系統(tǒng)罪并使之塵經(jīng)濟合千理、安師全可靠鴨的運行釀。分析的臭原理是旋風流的秩能量方元程和靜岡壓、動拼壓與全限壓的關握系式。動壓(Pd):指空蒜氣流搖動時陷產生礦的壓藍力，休只要靈風管五內空抓氣流紙動就港具有墾一定就的動等壓，臉其值枝永遠炊是正搶的。靜壓(Pj):由于銹空氣夢分子漲不規(guī)足則運蹲動而血撞擊射于管滿壁上幫產生四的壓笛力稱快為靜弟壓。計算匆時，尾以絕禮對真府空為獵計算喇零點等的靜眾壓稱致為絕貴對靜館壓。創(chuàng)以大嘴氣壓液力為岔零點犬的靜世壓稱遣為相墓對靜疫壓。悶空調料中的朱空氣切靜壓汽均指調相對睛靜壓智。靜壓句高于踢大氣櫻壓時栽為正鵝值，戀低于愧大氣偶壓時歡為負胖值。228.差2風管內棉的壓力帳分布全壓(Pq)

:全壓致是靜狹壓和雄動壓環(huán)的代拖數(shù)和執(zhí)：Pq＝Pj十Pd全壓取代表l放m3氣體所沾具有的哥總能量旋。若以費大氣壓猶為計算缸的起點脖，它可塑以是正條值，亦位可以是錢負值。Z2Z112根據(jù)冷能量情守恒州定律譜，可初以寫唇出空罰氣在敲管道羽內流政動時線不同兇斷面列間的齊能量變方程劈燕（伯挎努利逗方程甘）。我們他可以蠢利用循上式姓對任妄一通陣風空奏調系淚統(tǒng)的勻壓力梯分布遠進行欺分析238.2畝.2風管乖內空蜜氣壓捆力的鍵分布把一套幅通風除喪塵系統(tǒng)淋內氣流合的動壓噴、靜壓膚和全壓懸的變化固表示在旗以相對歐壓力為損縱坐標里的坐標比圖上，聰就稱為頓通風除堪塵系統(tǒng)棉的壓力功分布圖綠。設有圖8-1恭0所示的耗通風系稍統(tǒng)，空緊氣進出伶口都有親局部阻共力。分效析該系抓統(tǒng)風管熱內的壓糧力分布也。248.3通風管舌道的水璃力計算8.3庸.1風道設康計的內堵容及原堂則風道的碌水力計粱算分設計計間算和校核戒計算兩類梢。風道啞設計貞時必旦須遵僑循以紀下的徐原則桐：（1）系鮮統(tǒng)要戒簡潔妄、靈店活、焰可靠悠；便沈于安隙裝、鼠調節(jié)講、控蓮制與瓣維修串。（2）斷璃面尺華寸要爽標準笨化。（3）斷受面形袍狀要草與建仙筑結居構相捎配合張，使你其完帽美統(tǒng)鍬一。8.酷3.唯2風道設鉛計的方略法管水力樸計算方此法有假桿定流速域法、壓居損平均俘法和靜肺壓復得銜法等幾源種，目雹前常用少的是假叼定流速辭法。258.3聚.3風道設債計的步盯驟下面姑以假趕定流核速法區(qū)為例腦介紹續(xù)風管分水力墊計算雞的步可驟。（1）繪蓄制通獨風或辜空調駁系統(tǒng)肌軸測巷圖（2）確定竹合理的蠶空氣流假速（3）根廣據(jù)各牙管段程的風乎量和唱選擇青的流夜速確雖定各捐管段績的斷旱面尺麻寸，蛾計算繪最不粘利環(huán)史路的初摩擦最阻力淹和局誘部阻古力（4）并聯(lián)洗管路的牢阻力計姨算（5）計逗算系是統(tǒng)的誕總阻唱力（6）選筑擇風圾機267l=3.它7m風機8l=1泥2m654321910L=別55兇00眠m3巡壽/hL=季27算00旺m3扶/hL=2筍650焰m3/乎hl=4.密2ml=5.瞞5ml=5.慈5ml=6喂.2某m通風煙除塵允系統(tǒng)曾的系支統(tǒng)圖[例8-箭3]l=5計.4曲m除塵蘇器圖8-悲11所示為芝某車間堂的振動斷篩除塵牧系統(tǒng)?；璨捎镁貥阈蝹阈翁张棚L罩姐排塵，左風管用忍鋼板制猾作（粗倘糙度K＝0.份15壓mm），擔輸送紗含有都鐵礦娛粉塵銳的含姜塵氣壘體，謹氣體凝溫度戴為20℃。該祥系統(tǒng)庭采用CL貌SΦ質80禍0型水膜段除塵器凍，除塵耗器含塵鈴氣流進漠口尺寸罪為318先mm×淡552唱mm，除涉塵器宵阻力90聽0Pa。對倆該系瓜統(tǒng)進懷行水道力計凍算，側確定匙該系諸統(tǒng)的其風管莊斷面鏟尺寸皇和阻諒力并朵選擇土風機叫。272829303132333435363738398.4均勻送勇風管道母設計計稍算在通風報、空調鐵、冷庫溜、烘房購及氣幕染裝置中伸，常常崇要求把逐等量的損空氣經(jīng)起由風道繼側壁（捉開有條遣縫、孔漂口或短根管）均罷勻的輸儉送到各朵個空間紛，以達仍到空間里內均勻誼的空氣恨分布。季這種送桑風方式接稱為均泛勻送風杯。均勻摟送風熔管道昆通常夢有以懲下幾匹種形答式：（1）條縫納寬度或柏孔口面慎積變化土，風道辨斷面不鄉(xiāng)豐變，如左圖8-弟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些口吹出善和吸入史的速度地分布40（2）風道歌斷面變盈化，條系縫寬度撞或孔口燙面積不恥變，如揮圖8-黨15所示崖。圖8-白15風道胡斷面F變化盛，孔冊口流蜻量系諸數(shù)及孔啟口面亡積萄不誦變的顏均勻擴送風（3）風道儲斷面、隊條縫寬愛度或孔愉口面積章都不變括，如圖8-牛16所示著。風道斷面F及孔口面積不變時，管內靜壓會不斷增大，可以根據(jù)靜壓變化，在孔口上設置不同的阻體來改變流量系數(shù)。8.4均勻送揮風管道頸設計計局算418.4燈.1均勻匆送風色管道取的設哲計原拾理風管碼內流如動的持空氣灰，在幸管壁梅的垂晃直方蒜向受畫到氣眉流靜忌壓作檔用，雄如果癥在管惡的側蜘壁開傘孔，朗由于陶孔口晚內外軟靜壓暮差的覺作用樓，空狠氣會袍在垂歸直管武壁方哭向從古孔口眉流出魂。但愚由于矮受到毛原有晌管內涌軸向仁流速下的影遣響，窗其孔莊口出窄流方乓向并偉非垂丙直于醉管壁京，而慚是以膏合成撕速度固沿風虜管軸降線成午角姑的方悔向流損出，徒如圖8-贏17所示。ff0vjvdvf0圖8-1持7孔口杯出流園狀態(tài)叔圖421.出流的篇實際流咱速和流模向靜壓差對產生的嗽流速為戀：空氣腳從孔撇口出告流時咐，它姿的實候際流砍速和稀出流欺方向戚不僅菜取決危于靜秤壓產芝生的暈流速蝴大小概和方打向，衰還受異管內由流速著的影距響。屈孔口宿出流喚的實旺際速喇度為舞二者捉的合后成速壩度。憤速度修的大吧小為堪：利用腎速度冷四邊哨形對活角線螞法則挖，實蹲際流童速伴的絞方向虧與風包道軸史線方坦向藏的把夾角浩（出達流角踩）為空氣餡在風壘管內婆的軸勞向流滾速為巨：8.4叮.1均勻傲送風癥管道瞧的設粒計原撞理432.孔口出林流的風慌量對于孔予口出流毅，流量鋸可表示射成：孔口健處平絡均流攪速：8.燒4.營1均勻送障風管道以的設計垮原理443.實現(xiàn)均既勻送風雹的條件要實現(xiàn)唐均勻送牛風需要舉滿足下濤面兩個詞基本要設求：1）各削側孔鋤或短舉管的腔出流潔風量饑相等栽；2）出滑口氣溝流盡蒸量與搞管道拜側壁終垂直假，否曉則盡叫管風老量相源等也嗎不會腦均勻沃。從式（8-3卷4）可扯以看林出，驅對側洲孔面亞積盟保詠持不延變的銹均勻槳送風虹管道挖，要跑使各偉側孔青的送怨風量慶保持院相等傅，必串需保拉證各繩側孔漆的靜菌壓龜和陣流量線系數(shù)臉相等顏；要升使出何口氣透流盡盈量保輝持垂敬直，避要求輕出流潮角柄接串近90漢°。下面毫具體天分析逮各項液措施矩。如圖8-孫18所示般有兩渣個側白孔，銜根據(jù)久流體鋸力學姐原理編可知公，斷渣面1處的全惰壓廣應孔等于斷共面2處的全胸壓尊加音上斷面1-岡2間的阻藥力，即（1）保員持各購側孔郵靜壓蘿相等45由此茄說明棕，欲剩使兩霉個側崇孔靜慮壓相洞等，絮就必弄須有也就石是說還，若畝能使豈兩個廈側孔詢的動子壓降李等于框兩側妹孔間嬸的風于管阻撲力，勸兩側禾孔處專的靜啄壓就雕保持禾相等丟。圖8-私18側孔掀出流美狀態(tài)勝圖46（2）保園持各籃側孔炸流量副系數(shù)回相等=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，氣流在側孔的出流角度也愈大，即出流方向與管壁側面愈接近垂直（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-驕20側孔氣蓄流出流摧方向與摸送風均侍勻性478.4括.2均勻養(yǎng)送風堅管道掘的計助算均勻送椅風管道傳計算的股目的是貍確定側翠孔的個技數(shù)、間睛距、面衫積及出筆風量，雖風管斷利面尺寸策和均勻縣送風管頭段的阻掛力。均勻送車風管道答計算和脾一般送什風管道爸計算相地似，只吧是在計翻算側孔逆送風時劍的局部胖阻力系墨數(shù)時需漿要注意匪。側孔筍送風管烘道可以復認為是廣支管長帳度為零沸的三通莖。當空許氣從側揉孔出流泉時產生走兩種局芒部阻力渠，即直尼通部分歇的局部私阻力和該側孔局助部阻力頑。直通部分的局部阻力系數(shù)可以按布達柯夫提出的公式確定也可以由表8-7查出。側孔犁的局爽部阻米力系乎數(shù)可以由痛塔利耶修夫的試猶驗數(shù)據(jù)槽（表8-件8）確定衡，也可濁以按下畢式計算488.驗