管道阻力損失計算

1、.管道的阻力計算風(fēng)管內(nèi)空氣流動的阻力有兩種， 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， 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)流動時的摩擦阻力按下式計算：（ 6-1-1）對于圓形風(fēng)管，摩擦阻力計算公式可改為：（6-1-2）圓形風(fēng)管單位長度的摩擦阻力（又稱比摩阻）為：（ 6-1-3）以上各式中摩擦阻

2、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，m；D 圓形風(fēng)管直徑， m。摩擦阻力系數(shù)與空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動狀態(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)管流動狀態(tài)才屬于粗糙區(qū)。 計算過渡區(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

3、，mm；D 風(fēng)管直徑， mm。進行通風(fēng)管道的設(shè)計時，為了避免煩瑣的計算，可根據(jù)公式（6-1-3）和（ 6-1-4）制成各種形式的計算表或線解圖，供計算管道阻力時使用。只要已知流量、管徑、流速、阻力四個參數(shù)中的任意兩個，即可利用線解圖求得其余的兩個參數(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、運動粘度v0=15.06 10 6m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm 、圓形風(fēng)管等條件下得出的。當(dāng)實際使用條件下上述條件不相符時，應(yīng)進行修正。（ 1）密度和粘度的修正（ 6-1-5）式中Rm 實際的單位長度摩擦阻力，Pa/m；Rmo 圖上查

4、出的單位長度摩擦阻力，Pa/m；實際的空氣密度，kg/m3；v 實際的空氣運動粘度，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)。（ 6-1-7）式中t 實際的空氣溫度，。（ 6-1-8）式中B 實際的大氣壓力，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，可按下式修正。Rm=KrRmoPa/m（ 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/

5、s。表 6-1-1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0.15 0.18塑料板0.01 0.05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0.2 1.02矩形風(fēng)管的摩擦阻力計算上述計算是按圓形風(fēng)管得出的，要進行矩形風(fēng)管計算，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，并且兩者的單位長度摩擦阻力也相

6、等， 則該圓風(fēng)管的直徑就稱為此矩形風(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 稱為邊長為ab 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，并且單位長度摩擦阻力也相等，則該圓形風(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，要注意其對應(yīng)關(guān)系：采用流速當(dāng)量直徑時，必須用矩形風(fēng)管中的空氣流速去查出阻力；

7、采用流量當(dāng)量直徑時，必須用矩形風(fēng)管中的空氣流量去查出阻力。用兩種方法求得的矩形風(fēng)管單位長度摩擦阻力是相等的。3摩擦阻力的轉(zhuǎn)換計算式在實際設(shè)計計算中, 一般將上述摩擦阻力計算式作一定的變換, 使其變?yōu)楦庇^的表達式 . 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，其意義是單位長度管道的摩擦阻力。 這樣摩擦阻力計算式則變換成下列表達式：（ 6-1-13）為了便于工程設(shè)計計算, 人們對 Rm 的確定已作出了線解圖, 設(shè)計時只需根據(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，

8、 f 為管道斷面積。將代入摩擦阻力計算式：后 ,令.則摩擦阻力計算式變換為下列表達式：（ 6-1-14）稱 Km 為綜合摩擦阻力系數(shù) , N S2/m8。采用計算式更便于管道系統(tǒng)的分析及風(fēng)機的選擇，因此，在管網(wǎng)系統(tǒng)運行分析與調(diào)節(jié)計算時，多采用該計算式。（二）局部阻力的計算當(dāng)空氣流過斷面變化的管件（如各種變徑管、風(fēng)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(fēng)管的側(cè)面送、排風(fēng)口）都會產(chǎn)生局部阻力。局部阻力按下式計算（6-1-15）式中 局部阻力系數(shù)。局部阻力系數(shù)一般用實驗方法確定。實驗時先測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)的動壓，求得局部阻力系

9、數(shù)值。有的還整理成經(jīng)驗公式。計算局部阻力時，必須注意值所對應(yīng)的氣流速度。由于通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中空氣的流動都處于自模區(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)計時應(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，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

10、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的碰撞，以及氣流速度改變時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)分別計算。合流三通內(nèi)直管的氣流速度大于支管的氣流速度時， 會發(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出現(xiàn)負(fù)值。同理，直管的局部阻力有時也會出現(xiàn)負(fù)值。但是，不可能同時為負(fù)值。必須指出，引射過程會有能量損失，為了減小三通的局部阻力，應(yīng)避免出現(xiàn)引射現(xiàn)象。為減小三通的局部阻力，還應(yīng)注意支管和干管的連接，減小其夾角。同時還應(yīng)盡量使支管和干管內(nèi)的流速保持相等。.圖 6-1-3 三通(4) 降低