通风管道系统的设计计算

1、知识点：比摩阻、局部阻力系数的确定方法；均匀送 风管道的设计计算；通风管道内流动阻力的计算方法 和压力分布规律；风道设计；系统划分；风管的布置、 选择、保温与防腐；进、排风口布置；防爆及防火； 气力输送系统。 重点：通风管道内流动阻力的计算方法和压力分布规 律；比摩阻、均匀送风管道的设计计算；系统划分； 风管的布置、选择。 难点：通风管道内流动阻力的计算方法和压力分布规 律；局部阻力系数的确定；气力输送系统。 1 2 定义：通风管道是定义：通风管道是把符合卫生标准的新鲜空气，输送到室内各需把符合卫生标准的新鲜空气，输送到室内各需 要地点，把室内局部地区或设备散发的污浊、有害气体，直接排送要地点

2、，把室内局部地区或设备散发的污浊、有害气体，直接排送 到室外或经净化处理后排送到室外的管道。到室外或经净化处理后排送到室外的管道。 分类：分类：包括通风除尘管道、空调管道等。包括通风除尘管道、空调管道等。 作用：作用：把通风进风口、空气的热、湿及净化处理设备、送把通风进风口、空气的热、湿及净化处理设备、送( (排排) )风风 口、部件和风机连成一个整体，使之有效运转。口、部件和风机连成一个整体，使之有效运转。 设计内容：设计内容：风管及其部件的布置；管径的确定；管内气体流动时风管及其部件的布置；管径的确定；管内气体流动时 能量损耗的计算；风机和电动机功率的选择。能量损耗的计算；风机和电动机功率

3、的选择。 设计目标：设计目标：在满足工艺设计要求和保证使用效果的前提下，合理在满足工艺设计要求和保证使用效果的前提下，合理 地组织空气流动，使系统的初投资和日常运行维护费用最优。地组织空气流动，使系统的初投资和日常运行维护费用最优。 如图，在风机如图，在风机4的动力作用下，排风罩（或排风口）的动力作用下，排风罩（或排风口）1将室内将室内 污染空气吸入，经管道污染空气吸入，经管道2送入净化设备送入净化设备3，经净化处理达到规定的，经净化处理达到规定的 排放标准后，通过风帽排放标准后，通过风帽5排到室外大气中。排到室外大气中。 4 如图，在风机如图，在风机3的动力作用下，室外空气进入新风口的动力作

4、用下，室外空气进入新风口1， 经进气处理设备经进气处理设备2处理后达到处理后达到 卫生标准或工艺要求后，由风管卫生标准或工艺要求后，由风管 4输送并分配到各送风口输送并分配到各送风口5 ，由风口送入室内。，由风口送入室内。 通风管道系统的确定主要包括： 风管及其连接部件、风管形状和尺寸的确 定、风管内风流流动的能量损失的计算、 风机和电动机的确定。 2 1 1 2 G1G2 假设：假设：管道两截面之间管道两截面之间无流体漏损无流体漏损。 流体在如图所示的管道中流体在如图所示的管道中: : 作连续稳定流动作连续稳定流动; ; 从截面从截面1-11-1流入，从截面流入，从截面2-22-2流出；流出

5、； 连续性方程 (equation of continuity) G1G2 若流体不可压缩，若流体不可压缩，常数，则上式可简化为常数，则上式可简化为 AA常数常数 1 1A A1 11 12 2A A2 22 2 此关系可推广到管道的任一截面，即此关系可推广到管道的任一截面，即 AA常数常数 上式称为上式称为连续性方程式连续性方程式。 流体流速与管道的截面积成反比。流体流速与管道的截面积成反比。 式中式中d1及及d2分别为管道上截面分别为管道上截面1和截面和截面2处的管内处的管内 径。径。不可压缩流体在管道中的流速与管道内径的平方不可压缩流体在管道中的流速与管道内径的平方 成反比成反比。 2

6、2 241 2 14 dd 或或 2 )( 1 2 2 1 d d 对于圆形管道，有对于圆形管道，有 根据能量守恒定律，得出连续稳态流动系统的根据能量守恒定律，得出连续稳态流动系统的总能总能 量衡算方程式量衡算方程式如下：如下： 2 2 2 222 1 1 2 111 2 1 2 1 p gZUWQ p gZU ee 即即: :对于连续稳态流动系统对于连续稳态流动系统, ,输入该系统的总能量等输入该系统的总能量等 于输出该系统的总能量。于输出该系统的总能量。 理想流体理想流体柏努利方程柏努利方程的物理意义的物理意义 2 2 22 1 2 11 2 1 2 1p gz p gz ugzgz为单位

7、质量流体所具有的为单位质量流体所具有的位能位能； up/p/为单位质量流体所具有的为单位质量流体所具有的静压能静压能； uu u2 2/2/2为单位质量流体所具有的为单位质量流体所具有的动能动能。 2 2 22 1 2 11 2 1 2 1p gz p gz 2 2 1 1 p gz p gz 1 1、理想流体在各截面上所具有的、理想流体在各截面上所具有的总机械能相等总机械能相等，三种能量，三种能量 可互为转换。可互为转换。 12 同一流体在同一管道中流动时，不同的流速，会形成不同的流动同一流体在同一管道中流动时，不同的流速，会形成不同的流动 状态。当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平

8、行的方状态。当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方 向作层状运动，称为向作层状运动，称为层流层流(或滞流或滞流)。当流速较大时，流体质点的。当流速较大时，流体质点的 运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱 流动，称为流动，称为紊流紊流(或湍流或湍流)。 （）雷诺数（）雷诺数Re 式中：平均流速式中：平均流速v、管道直径、管道直径d和流体的运动粘性系数和流体的运动粘性系数 Vd Re 8.1.1 两种流态及其判别分析两种流态及其判别分析 13 雷诺实验示意图雷诺实验示意图 实验表明：实验表明： Re 2000

9、层流层流（下临界雷诺数）（下临界雷诺数） Re4000 紊流紊流（上临界雷诺数）（上临界雷诺数） 中间为中间为过渡区过渡区 实际工程计算中，为简便起见，通常用实际工程计算中，为简便起见，通常用Re=2300来判断管路来判断管路 流动的流态流动的流态 Re2300 层流，层流， Re2300 紊流紊流 14 尼古拉兹实验：尼古拉兹实验：通过人工粗糙管流实验，确定出沿程阻力系数 与雷诺数、相对粗糙度之间的关系，实验曲线被划分为5个区域， 即1层流区 2临界过渡区3紊流光滑区4紊流过渡区 5紊流粗糙区（阻力平方区）。 实际流体在流动过程中，沿程能量损失一方面（实际流体在流动过程中，沿程能量损失一方面

10、（内因内因）取决于）取决于 粘滞力和惯性力的比值，用粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数雷诺数ReRe来衡量来衡量；另一方面（；另一方面（外因外因） 是是固体壁面固体壁面对流体流动的阻碍作用，故沿程能量损失又与对流体流动的阻碍作用，故沿程能量损失又与管道管道 长度、断面形状及大小、壁面粗糙度有长度、断面形状及大小、壁面粗糙度有关。其中关。其中壁面粗糙度壁面粗糙度的的 影响通过影响通过值值来反映。来反映。 1932193219331933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为的砂粒均匀的砂粒均匀 粘贴于管壁。砂粒的直径粘贴于管壁。砂粒的直径就是管壁凸起的高度，称为就是管壁凸起

11、的高度，称为绝对糙绝对糙 度度；绝对糙度；绝对糙度与管道半径与管道半径r r的比值的比值/r /r 称为称为相对糙度相对糙度。 15 区区层流区层流区。当。当Re2000时，不论管道粗糙度如何，其实验时，不论管道粗糙度如何，其实验 结果都集中分布于直线结果都集中分布于直线上。这表明上。这表明与相对糙度与相对糙度/r无关，只与无关，只与 Re有关，且有关，且=64/Re。与相对粗糙度无关与相对粗糙度无关 区区过渡流区过渡流区。2000Re4000，在此区间内，不同相对糙，在此区间内，不同相对糙 度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验点几乎都集度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验

12、点几乎都集 中在线段中在线段上。上。随随Re增大而增大，与相对糙度无明显关系。增大而增大，与相对糙度无明显关系。 区区水力光滑管区水力光滑管区。在此区段内，管内流动虽然都已处于紊。在此区段内，管内流动虽然都已处于紊 流状态流状态(Re4000)，但，但在一定的雷诺数下，在一定的雷诺数下，当层流边层的厚度当层流边层的厚度 大于管道的绝对糙度大于管道的绝对糙度（称为水力光滑管）时，其实验点均集中（称为水力光滑管）时，其实验点均集中 在直线在直线上，表明上，表明与与仍然无关，而只与仍然无关，而只与Re有关有关。随着。随着Re的增的增 大，相对糙度大的管道，实验点在较低大，相对糙度大的管道，实验点在较

13、低Re时就偏离直线时就偏离直线，而，而 相对糙度小的管道要在相对糙度小的管道要在Re较大时才偏离直线较大时才偏离直线。 16 区区紊流过渡区紊流过渡区，在这个区段内，各种不同相对糙度的实，在这个区段内，各种不同相对糙度的实 验点各自分散呈一波状曲线，验点各自分散呈一波状曲线，值既与值既与ReRe有关，也与有关，也与/ /r r有关有关。 区区水力粗糙管区水力粗糙管区。在该区段，。在该区段，ReRe值较大，管内液流的层值较大，管内液流的层 流边层已变得极薄，有流边层已变得极薄，有，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊，砂粒凸起高度几乎全暴露在紊 流核心中，故流核心中，故ReRe对对值的影响极小值的影响极小

14、，略去不计，相对糙度成为，略去不计，相对糙度成为 的唯一影响因素。故在该区段，的唯一影响因素。故在该区段，与与ReRe无关，而只与相对糙无关，而只与相对糙 度有关。摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区，度有关。摩擦阻力与流速平方成正比，故称为阻力平方区， 尼古拉兹公式：尼古拉兹公式： 2 lg274. 1 1 r 17 风管内空气流动的阻力有两种：风管内空气流动的阻力有两种： 1、由于空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦产生的、由于空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦产生的 沿程能量损失，称为沿程能量损失，称为摩擦阻力或沿程阻力摩擦阻力或沿程阻力；包括圆形；包括圆形 风管的局部阻力计算和矩形

15、风管的局部阻力计算。风管的局部阻力计算和矩形风管的局部阻力计算。 2、空气流经风管中的管件及设备时，由于流速的大小、空气流经风管中的管件及设备时，由于流速的大小 和方向变化以及产生涡流造成的比较集中的能量损失，和方向变化以及产生涡流造成的比较集中的能量损失， 称为称为局部阻力局部阻力。 8.1.2 风管内空气流动的阻力风管内空气流动的阻力 18 vD Re )(2000 ee RfR )(40002000 ee RfR )(4000 ee RfR ),( D K Rf e )( D K f 光滑区 紊流过渡区 紊流 层流 过渡区 粗糙区（阻力平方区） 19 阻力计算公式： 20 21 22 有

16、关过渡区的摩擦阻力系数计算公式很多，一般采用适用三个有关过渡区的摩擦阻力系数计算公式很多，一般采用适用三个 区的柯氏公式来计算。它以一定的实验资料作为基础，美国、日区的柯氏公式来计算。它以一定的实验资料作为基础，美国、日 本、德国的一些暖通手册中广泛采用。我国编制的本、德国的一些暖通手册中广泛采用。我国编制的全国通用通全国通用通 风管道计算表风管道计算表也采用该公式：也采用该公式： Re 51. 2 71. 3 lg2 1 D K 为了避免繁琐的计算，可根据公式制成各种形式的表格或线为了避免繁琐的计算，可根据公式制成各种形式的表格或线 算图。附录算图。附录4所示的通风管道所示的通风管道单位长度

17、摩擦阻力单位长度摩擦阻力线算图，可供计算线算图，可供计算 管道阻力时使用。运用线算图或计算表，只要已知管道阻力时使用。运用线算图或计算表，只要已知流量、管径、流量、管径、 流速、阻力流速、阻力四个参数中的任意两个，即可求得其余两个参数。四个参数中的任意两个，即可求得其余两个参数。 23 附录4：线算图 图的多种用法： 由L、D求Rm 由L、Rm求D 由L、v求D、Rm D L L v Rm 24 计算表计算表 25 线算图的适用范围：线算图的适用范围： 密度和粘度的修正 1 . 0 0 91. 0 0 )/()/( mom RR Rm-实际的单位长度摩擦阻力，Pa/m Rmo-图上查出的单位长

18、度摩擦阻力，Pa/m -实际的空气密度，kg/m3 -实际的运动粘度系数，m2/s 空气温度和大气压力的修正 moBtm RKKR Kt-温度修正系数 KB-大气压力修正系数 T-实际的空气温度， B-实际的大气压力，kPa 825. 0 273 20273 t Kt 9 . 0 ) 3 .101/(BK B 28 管壁粗糙度的修正 morm RKR Kr-管壁粗糙度修正系数 K-管壁粗糙度，mm v-管内空气流速，m/s 粗糙度k0.15mm时， 25. 0 )(KvKr 29 30 使用方法 使用条件 31 sm mkg mPaR mPaR RR m m mm / / / / )/()/(

19、 2 3 0 1 . 0 0 91. 0 00 实际空气运动粘度， 实际空气密度， 线算图查出的比摩阻， 实际比摩阻， 32 kPaB Ct BK t K B t 实际大气压力， 实际空气温度， 大气压力修正系数 温度修正系数 0 9 . 0 825. 0 3 .101/ 273 20273 0mBtm RKKR 33 smv K KvK r / 28 25.0 管内空气流速， 管壁粗糙度，见表 0mrm RKR 3 3 ）（见表 管壁粗糙度修正系数， 24218P Kr 34 3535 D L L v Rm 36 全国通用通风管道计算表全国通用通风管道计算表和附录和附录4的线算图是按的线算图

20、是按圆形风圆形风 管管得出的，在进行矩形风管的摩擦阻力计算时，需要把矩形风得出的，在进行矩形风管的摩擦阻力计算时，需要把矩形风 管断面尺寸折算成与之相当的圆形风管直径，即当量直径，再管断面尺寸折算成与之相当的圆形风管直径，即当量直径，再 由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。 所谓所谓“当量直径当量直径”，就是与矩形风管有相同，就是与矩形风管有相同单位长度摩擦单位长度摩擦 阻力阻力的圆形风管直径，它有的圆形风管直径，它有流速当量直径流速当量直径和和流量当量直径流量当量直径两种。两种。 （1）流速当量直径）流速当量直径 假设某一圆形风管中的空气流速与矩形风管中的

21、空气假设某一圆形风管中的空气流速与矩形风管中的空气流速相等流速相等， 并且两者的并且两者的单位长度摩擦阻力也相等，单位长度摩擦阻力也相等，DV表示。圆形风管和矩形表示。圆形风管和矩形 风管的风管的水力半径必须相等。水力半径必须相等。 37 A B vA vB VA = VB RmA=RmB DB为A的流速当量直径，记作Dv ba ab Dv 2 计算式： 38 DV称为边长为称为边长为ab的矩形风管的的矩形风管的流速当量直径流速当量直径。矩形。矩形 风管内的流速与管径为风管内的流速与管径为DV的圆形风管内的流速相同，的圆形风管内的流速相同， 两者的单位长度摩擦阻力也相等。因此，根据矩形风两者的

22、单位长度摩擦阻力也相等。因此，根据矩形风 管的流速当量直径管的流速当量直径DV和实际流速和实际流速v，由附录，由附录4查得的查得的 Rm即为矩形风管的单位长度摩擦阻力。即为矩形风管的单位长度摩擦阻力。 39 2流量当量直径 设某一圆形风管中的空 气流量与矩形风管的空 气流量相等，并且单位 长度摩擦阻力也相等， 则该圆形风管的直径就 称为此矩形风管的流量 当量直径，以DL表示。 根据推导，流量当量直 径可近似按下式计算。 ， 圆矩圆矩mmvv RRqq 40 必须指出，利用当量直径求矩形风管的阻力，要 注意其对应关系：采用流速当量直径时，必须用 矩形风管中的空气流速空气流速去查出阻力，采用流量当

23、 量直径时，必须用矩形风管中的空气流量空气流量去查阻 力。用两种方法求得的矩形风管单位长度摩擦阻 力是相等的。 41 例题：表面光滑的风管例题：表面光滑的风管 （K=0.15mm），断面尺），断面尺 寸寸500400mm，流量，流量 =1m3/s，求比摩阻（流速，求比摩阻（流速 当量法）当量法） smv/5 4 . 05 . 0 1 mm ba ab Dv 444 400500 4005002 2 查图得Rm=0.61Pa/m 42 表面光滑的风管表面光滑的风管 （K=0.15mm），断），断 面尺面尺500400mm， 流量流量=1m3/s，求比摩，求比摩 阻（流量当量法）阻（流量当量法）

24、smL/1 3 mm ba ab DL 487 )( )( 3 . 1 25. 0 625. 0 查图得Rm=0.61Pa/m 43 44 降低摩擦阻力措施降低摩擦阻力措施 1减小摩擦阻力系数。减小摩擦阻力系数。 2保证有足够大的井巷断面。在其它参数不变时，井巷断面扩保证有足够大的井巷断面。在其它参数不变时，井巷断面扩 大大33%，Rf值可减少值可减少50%。 井巷的定义：为达到采矿目的在矿体和岩体中所掘进的一系列井巷的定义：为达到采矿目的在矿体和岩体中所掘进的一系列 通道和空间的总称。通道和空间的总称。 3选用周长较小的井巷。在井巷断面相同的条件下，圆形断面选用周长较小的井巷。在井巷断面相同

25、的条件下，圆形断面 的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。的周长最小，拱形断面次之，矩形、梯形断面的周长较大。 4降低巷道长度。降低巷道长度。 5避免巷道内的风量过于集中。避免巷道内的风量过于集中。 45 二、局部阻力二、局部阻力 当空气流过当空气流过断面变化断面变化的管件的管件(如各种变径管、风管进出如各种变径管、风管进出 口口)、流向变化流向变化的管件（弯头的管件（弯头)和和流量变化的流量变化的管件管件(如三如三 通、四通通、四通)都会产生局部阻力。都会产生局部阻力。 （一）局部阻力及其计算（一）局部阻力及其计算 和摩擦阻力类似，局部阻力一般也用动压的倍数来表示：和摩擦阻力类

26、似，局部阻力一般也用动压的倍数来表示： 式中：式中：局部阻力系数，无因次。局部阻力系数，无因次。 2 2 vZ 46 几种常见的局部阻力产生的类型：几种常见的局部阻力产生的类型： 、突变、突变 紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的 现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。 、渐变、渐变 渐扩段渐扩段主要是由于沿流动方向出现主要是由于沿流动方向出现减速增压减速增压现象，在边壁附近现象，在边壁附近 产生涡漩。而且压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，产生涡漩。

27、而且压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近， 流速本来就小，趋于零，在这些地方主流与边壁面脱离，出现流速本来就小，趋于零，在这些地方主流与边壁面脱离，出现 与主流相反的流动，涡漩。与主流相反的流动，涡漩。 47 、转弯处、转弯处 流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压减速增压， 出现涡漩。出现涡漩。 、分岔与会合、分岔与会合 是上述的综合，是上述的综合，局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩 区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。 （二）减小局部阻力的措施 在常用的通

28、风系统总流动阻力中，局部阻力占主要比例 1.弯管 圆形风管弯头曲率半径一般应大于大于12倍管径倍管径 矩形风管长宽比B/A越大，阻力越小越大，阻力越小矩形直角弯头内设导流片 49 2.三通 减小干管和支管间夹角减小干管和支管间夹角 保持干管和支管流速相当保持干管和支管流速相当 避免出现引流现象，主管气流速度大于支管气流速度避免出现引流现象，主管气流速度大于支管气流速度 3.排风立管出口 降低排风立管的出口流速降低排风立管的出口流速 减小出口的动压损失减小出口的动压损失 50 气体在风管内流动时由风管两端气体的气体在风管内流动时由风管两端气体的压力差压力差引起的，引起的， 它从高压端流向低压端。

29、气体流动的能量来自它从高压端流向低压端。气体流动的能量来自风机风机。 对于一套通风系统内气体的压力分布，在风机未开对于一套通风系统内气体的压力分布，在风机未开 动时，整个管道系统内气体压力处处相等，都等于大动时，整个管道系统内气体压力处处相等，都等于大 气压力，关内气体处于相对静止状态。开动风机后，气压力，关内气体处于相对静止状态。开动风机后， 风机吸入口和压入口出现压力差。风机吸入口和压入口出现压力差。 51 空气在风管中流动时，由于受风管的阻力和流速的 影响，因此风管内各断面空气的压力也是不断变化 的 用图形表达系统压力分布情况，有利于设计、运行 调节、问题诊断等 压力分布图压力分布图把一

30、个通风除尘系统内气流的动压、静 压和全压的变化表示在以相对压力为纵坐标的坐标 图上，称为通风除尘系统的压力分布图。 52 压力分布图的绘制方法（归纳） 1）确定压力基准线 通常为水平线，并以大气压为参照对象，将大气压力作 为零点 2）确定系统分隔断面并编号 通常以流速、流向及流量变化的断面为分隔断面 3）先绘制全压线 从已知压力点开始 4）再绘制静压线 从全压线向下减去动压值 53 1、全压=动压+静压（Pq=Pd+Pj） 2、未开风机时，Pj=Pq=大气压大气压=0 3、风机开动后，Pq2= Pq1-(Rml+pZ)1-2 54 55 56 57 58 59 60 结论结论 62 结论结论

31、63 64 使用方法 使用条件 65 圆 圆矩圆矩 则 ， DD RRvv v mm ba ab Dv 2 圆 圆矩圆矩 则 ， DD RRqq L mmvv 25. 0 625. 0 )( )( 3 . 1 ba ab DL 66 1、全压=动压+静压（Pq=Pd+Pj） 2、未开风机时，Pj=Pq=大气压大气压 3、风机开动后，Pq2= Pq1-(Rml+pZ)1-2 局部阻力的产生条件：当空气流过局部阻力的产生条件：当空气流过断面变化断面变化的管件的管件 (如各种变径管、风管进出口如各种变径管、风管进出口)、流向变化流向变化的管件的管件(弯弯 头头)和和流量变化的流量变化的管件管件(如三

32、通、四通如三通、四通)都会产生局部都会产生局部 阻力。阻力。 8.3.1 风道设计的内容及原则 8.3.2 风道设计的方法 8.3.3 风道设计的步骤 67 68 69 70 71 假定流速法的计算步骤和方法如下： 1绘制通风或空调系统轴测图，对各管段进行编号，标注长度 和风量。编号：以风量和风向不变的原则，把通风系统分成若干 个单独管段，一般从距风机最远的一段管件，由远而近顺序编号。 管段长度一般按两管件间中心线长度计算，不扣除管件(如三通、 弯头)的长度。 72 2确定合理的空气流速 风管内的空气流速对通风、空调系统的经济性有较大的影响。 流速高，风管断面小，材料耗用少，建造费用小；但是系

33、统的阻 力大，动力消耗增大，运用费用增加。对除尘系统会增加设备和 管道的摩损，对空调系统会增加噪声。 流速低，阻力小，动力消耗少；但是风管断面大，材料和建造费 用大，风管占用的空间也增大。对除尘系统流速过低，会使粉尘 沉积堵塞管道。因此，必须通过全面的技术经济比较选定合理的 流速。 73 一般风管内的流速参照以下两个表格选取一般风管内的流速参照以下两个表格选取 74 如果管内流速过低，对除尘系统和气力输送系统来说，还如果管内流速过低，对除尘系统和气力输送系统来说，还 会造成沉积、管道堵塞，此类管道中风速可按表会造成沉积、管道堵塞，此类管道中风速可按表8-5选取。选取。 75 3根据各风管的风量

34、和选择的流速确定各管段的 断面尺寸，计算摩擦阻力和局部阻力 确定风管断面尺寸时，应采用附录6所列的通风 管道统一规格，以利于工业化加工制作。风管断 面尺寸确定后，应按管内实际流速计算阻力。阻 力计算应从最不利环路(即阻力最大的环路)开始。 77 225. 0 p p DD 5 . 0 p p qq VV 78 VqfV pf qKq pKp , hmq Pap K K KK K K KK hmq Pap V q q qq p p pp fV f / 15. 1 15. 11 . 1 ; 1 . 1 20. 1 2 . 115. 1 ;15. 11 . 1 / 3 3 , 总风量， 总阻力， 。

35、气力输送系统 ；除尘系统 排风系统风量附加系数，一般送 。气力输送系统 ；除尘系统 排风系统风压附加系数，一般送 风机风量， 风机风压， 79 , , 2 . 1 2 . 1 NN pp qq f f fV fV 3 3 , 3 , / / / mkg kWPahmNpq kWPahmNpq ffV ffV ，非标准状态下空气密度 、风压及功率，非标准状态下风机风量， 、风压及功率，标准状态下风机风量、， 80 根据工业与民用建筑的使用要求，通风和空 调系统的风管有时需要把等量的空气，经由 风道侧壁均匀的输送到各个房间。这种均匀 送风方式可使送风房间得到均匀的空气分布， 而且风管的制作简单、材

36、料节约。 81 均匀送风管道通常有三种形式： （1）管道断面积保持不变，孔口面积或条缝 面积变化；这种方式不仅可以保证均匀送风， 而且沿着条缝口长度或每个孔口的出风速度 也相等，应用范围广泛。 82 （2）管道断面积变化，孔口面积或条缝面积 不变； 83 （3）风道断面、条缝宽度或孔口面积都不变。 风道面积与孔口面积都不变时，管内静压会不 断增大，可以根据静压变化，在孔口设置不同 的阻体来改变流量系数。 8.4.1 均匀送风管道的设计原理 出流的实际流速和流向 孔口出流的风量 实现均匀送风的条件 8.4.2 均匀送风管道的计算 84 85 空气沿风管流动时，在管壁的垂直方向上受到气流 的静压作

37、用。如果在风管的侧壁开孔，由于孔口内 外存在压差，空气将在垂直于管壁的方向上从孔口 流出。但由于受到原有管内轴向流速的影响，其孔 口出流方向并非垂直于管壁，而是以合成速度沿风 管轴线成角的方向流出。 8.4.1 均匀送风管道的设计原理 88 3、实现均匀送风的条件 要实现均匀送风，必须具备两个基本要求： 各侧孔或短管的出流风量相等； 出口气流尽量垂直于管道侧壁，否则尽管风量相等 也不会均匀 89 （1）保持各侧孔静压相等 要使静压沿风管全长保持不变，或者说各侧孔 的静压相等，必须保证首端和末端的动压差等 于风管全长上的压力损失，或者两侧孔出流的 动压差等于两侧孔间的压力损失，即 90 （2）各

38、侧孔流量系数保持相等 侧孔的流量系数u与孔口形状、出流角度 ， 以及孔口送风量与孔口前风量之比有关。一般 取0.6 （3）增大出流角度 为使出流夹角大于60，要使Vj1.73Vd 91 均匀送风管道计算的目的是确定侧孔的个数、间距、个数、间距、 面积及出风量、风管断面尺寸和均匀送风管段的面积及出风量、风管断面尺寸和均匀送风管段的 阻力。阻力。 均匀送风管道计算和一般送风管道计算相似，只是 在计算侧孔时的局部阻力系统时需要注意。 侧孔可以认为是支管长度为零的三通。当空气从侧 孔出流时，产生两种局部阻力：一种是直通部分一种是直通部分 的局部阻力，另一种是侧孔局部阻力。的局部阻力，另一种是侧孔局部阻

39、力。 即 孔口流量与孔口前风管中的流量之比 94 与工程实际密切相关的问题，本节介绍的一些原 则，在工程中必须结合具体情况应用并不断总结 参照标准及资料： 通风与空调工程施工质量验收规范 GB50234-2002 2002年4月1日实施 设计手册 95 96 1空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划 为同一个系统。 2同一生产流程、运行班次和运行时间相同的，可 划为同一系统。 8.5.1 系统划分原则 97 3对下列情况应单独设置排风系统， (1)两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧或 爆炸； (2)两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐蚀性的 混合物或化合物； (3)两种有害物质混合后

40、易使蒸汽凝结并积聚粉尘； (4)放散剧毒物质的房间和设备。 8.5.1 系统划分原则 98 99 4除尘系统的划分应符合下列要求： (1)同一生产流程、同时工作的扬尘点相距不大时，宜 合为一个系统； (2)同时工作但粉尘种类不同的扬尘点，当工艺允许不 同粉尘混合回收或粉尘无回收价值时，也可合设一个 系统； (3)温湿度不同的含尘气体，当混合后可能导致风管内 结露时，应分设系统。 5如排风量大的排风点位于风机附近，不宜和远处排 风量小的排风点合为同一系统。 100 101 1、风管布置 (1)除尘系统的排风点不宜过多，以利于各支管间阻力平衡 (2)除尘风管应尽可能垂直或倾斜敷设，倾斜敷设时与水平

41、 面夹角最好大于45度。如必需水平敷设或倾角小于30度 时，应采取措施，如加大流速等 (3)通风系统的风管宜采用圆形或矩形风管，在保证实用的 前提下尽量照顾到整齐美观。 102 (4)排除含有剧毒物质的排风系统，应尽量减少正压管段 的长度，且正压管段不得穿过其它房间 (5) 排除潮湿气体或含有水蒸气的风管，应有不小于 0.005的坡度，并应在风管的最低点和风机的底部都 采取排水措施 (6)通风设备、风管及配件等，应根据所处的环境和输送 的气体、蒸气或粉尘的腐蚀性等，采取相应的防腐措 施。 (7)通风系统的风管，应根据需要设置必要的侧孔，其位 置和数量应符合检测要求。 103 除尘管道的布置除应

42、遵守一般通风管道的布置原则外，还有一 些特殊要求： (1)除尘系统的风管宜采用圆形钢制风管，其接头和接缝应严密。 (2)风管宜垂直或倾斜安装，倾斜安装时与水平面的夹角应大于 45，小坡度或水平敷设的管段应尽量缩短，并应采取防止积 尘的措施。 (3)支管宜从主管的上面或侧面插入，三通管的夹角，宜采用 15 -45 。 (4)在容易积灰的异形管件附近，应设置密闭清扫孔。 (5)除尘风管转弯处的曲率半径R15-3.0D，如曲率半径不允许 大时，要在弯头内设导流叶片。 除尘管道布置原则 104 2、风管选型 （1）常用断面形状 矩形：易于和建筑、装修配合；局部构件制作容易 常用于空调系统 圆形：阻力小

43、；省材料、强度高；管道制作容易 常用于通风系统及空调高速风管 其他形状：根据实际需要 105 （2）管道定型化 随着我国国民经济的发展，通风、空调工程大量增加。为了最大 限度地利用板材，实现风管制作、安装机械化、工厂化，在国家 建委组织下，1975年确定了通风管道统一规格。 通风管道统一规格有圆形和矩形两类(见附录6)。必须指出： 1 通风管道统一规格中，圆管的直径指外径，矩形断面尺寸圆管的直径指外径，矩形断面尺寸 是外边长是外边长，即尺寸中都包括了相应的材料厚度。 2为了满足阻力平衡的需要，除尘风管和气密性风管的管径规格 较多。 3管道的断面尺寸(直径和边长)采用只R20系列，即管道断面尺寸

44、 是以公比数汐 1.12的倍数来编制的。 106 （3）风管材料 通风管道所采用的材料，应根据工程要求选用。常用的材料有 以下几种： A 金属薄板 金属薄板是制作风管及部件的主要材料。 (1)普通薄钢板，有良好的加工性能及结构强度，常用于一般通风 管道和除尘风道。其表面容易生锈，应刷油漆进行防腐。 (2)镀锌钢板，由普通薄钢板镀锌而成，其表面有锌层保护起防锈 作用。由于其表面为银白色，又称白铁皮”。白铁皮一般厚 度较薄，常用在气体中无粉尘磨损的空调系统及不受酸雾作用 的潮湿环境中。 (3)铝及铝合金板，加工性能好、耐腐蚀、摩擦时不易产生火花， 但造价较高，常用于要求防爆的通风系统。 (4)不锈

45、钢板，具有良好的耐腐蚀能力，其造价较高，只是在对耐 腐蚀要求较高，例如化工系统的通风管道中。 107 B 非金属材料 在通风管中采用的非金属材料种类较多，但其应用不如金属薄板普遍。 (1)硬聚氯乙烯，耐酸、碱和耐腐蚀能力强，机械加工性能好，表面光 滑，施工方便。常用于有腐蚀性气体的通风系统。但硬聚氯乙烯不 耐高温，使用温度一般不超过60度，线膨胀系数大，不易于老化和 防火。 (2)玻璃钢，这是以玻璃纤维制品为增强材料，以树脂为粘结剂，经 过定的成型工艺制作的复合材料。耐腐蚀性很好，常用于含有腐 蚀性的气体以及含有水蒸气的排风系统 (3)塑料复合钢板，这是在普通薄钢板表面喷上一层0.2-0.4m

46、m厚的塑 料层。常用于防尘要求较高的空调系统和-10 70的耐腐蚀系 统。这种钢板价格较高，比普通碳素钢板贵50。 、 (4)砖和混凝土，这是最普通的建筑材料，常用于利用建筑空间或铺设 地下风道的场合。 108 1）薄钢板 一般通风空调系统： 0.51.5mm 除尘系统：1.53.0mm 2）塑料板 含腐蚀性气体的通风系统 109 3）无机玻璃钢 湿度较大的场合 110 4）各种软管 金属、塑料 有的可带有保温层 111 5）复合风管 双层铝箔加酚醛树脂 单层铝箔加玻璃纤维 其他 112 6）新型柔性风管系统 优越性： 空气分布均匀，避免吹风感 重量轻，安装方便快捷，对 结构要求低 灵活性好，

47、便于系统变更 便于清洗 113 保温材料 在下列情况应对风管进行保温： (1)由于冷、热损失过大，不保温，经济上不合理； (2)由于冷、热损失使介质温度达不到设计要求的温度； (3)由于热量损失，在风管内输送的气体温度降低到有可能在 风管中或在随后的干式除尘器中结露或冻结； (4)由于冷量损失，在风管外表面产生结露； (5)由于输送高温气体，风管外表面温度过高(例如大于50)， 会引起操作检修人员烫伤，或会引起煤气、蒸气、粉尘爆 炸、起火的场合。 114 保温材料的具体要求有： (1)导热系数小，一般不超过0.23W/mK； (2)材料的孔隙率高，密度小，密度一般不超过600kg/m3， (3

48、)具有一定的抗压强度，不易变形； (4)吸湿性小，对管壁无腐蚀作用； (5)不宜采用有机物和易燃物，否则要进行防腐防火处理 (6)用于高温管道时，应耐高温，在高温下性能稳定； (7)易于施工安装，成本低。 115 保温层结构可参阅有关的国家标准图。通常保温结构 有四层： (1)防腐层：涂防腐油漆或沥青： (2)保温层：填贴保温材料； (3)防潮层：包油毛毡、塑料布或刷沥青。 用以防止潮湿空气或水分侵入保温层内，从而破坏保 温层或在内部结露； (4)保护层：室内管道可用玻璃布、塑料布或木板、胶合 板作成，室外管道应用铁丝网水泥或铁皮作保护层。 116 (一)进风口 进风口是通风、空调系统采集室外

49、新鲜空气的入口， 其位置应满足下列要求： 1应设在室外空气较清洁较清洁的地点。进风口处室外空气 中的有害物质浓度不应大于室内作业地点最高允许 浓度的30； 2应尽量设置在排风口的上风侧，并且应低于排风口； 3进风口的底部距室外地坪不宜低于2m，当布置在绿 化地带时不宜低于1m； 4降温用的进风口宜设在建筑物的背阴处。 8.5.3 进、排风口 117 (二)排风口 1在一般情况下通风排气立管出口至少应高出 屋面0.5m。 2通风排气中的有害物质必需经大气扩散稀释 时，排风口应位于建筑物空气动力阴影区和正 压区以上 3要求在大气中扩散稀释的通风排气，其排风 口上不应设风帽 118 119 实现均匀

50、送风的条件： 各侧孔或短管的出流风量相等； 出口气流尽量垂直于管道侧壁 可采取的措施： （1）保持各侧孔静压相等 （2）各侧孔流量系数保持相等 3）增大出流角度 120 1空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划 为同一个系统。 2同一生产流程、运行班次和运行时间相同的，可 划为同一系统。 系统划分原则 121 3对下列情况应单独设置排风系统， (1)两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧或 爆炸； (2)两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐蚀性的 混合物或化合物； (3)两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘； (4)放散剧毒物质的房间和设备。 系统划分原则 122 125 空气含有可

51、燃物时，如果可燃物与空气中的氧在一定 条件下进行剧烈的氧化反应，就可能发生爆炸。尽管 某些可燃物如糖、面粉、煤粉等在常态下是不易爆炸 的，但是，当它们以粉末状悬浮于空气中时，与空气 中的氧得到了充分的接触。 这时只要在局部地点形成了可燃物与氧发生氧化反应 所必需的温度，局部地点就会立刻发生氧化反应。 8.5.4 防爆及防火 126 8.5.4 防爆及防火 氧化反应产生的热量向周围空间传播时，若迅速地使 周围的可燃物与空气的混合物达到了氧化反应所必需 的温度，由于联锁反应，在极短的时间内，能使整个 空间的可燃混合物都发生剧烈的氧化反应，产生大量 的热量和燃烧产物，形成急剧增墒的压力波，这就是 爆

52、炸。 127 空气中可燃物浓度过小或过大浓度过小或过大时都不会造成爆炸 浓度过小，空气中可燃物质点之间的距离大，一个质点 氧化反应所产生的热量还没有传递至另一质点，就被 周周空气所吸收，致使混合物达不到氧化反应的温度。 浓度过大，混合物中氧气的合量相对不足，同样不会形 成爆炸。因此，可燃物发生爆炸的浓度有一个范围， 这个范围称为爆炸浓度极限。 128 设计有爆炸危险的通风系统时，应注意以下几点： 1系统的风量除了满足一般的要求外，还应校 核其中可燃物的浓度。如果可燃物浓度在爆炸浓 度的范围内则应按下式加大风量： 129 2防止可燃物在通风系统的局部地点(死角)积聚。 3选用防爆风机，并采用直联

53、或联轴器传动方式。如果 采用三角皮带传动，为防止静电产生火花，可用接地 电刷把静电引入地下。 4有爆炸危险的通风系统，当系统内压力急剧升高，靠 防爆门自动开启泄压。 5. 对某些火灾危险大的和重要的建筑物、高层建筑和多 层建筑，在风管系统中的适当位置应当装防火阀。 6. 在有火灾危险的车间中，送、排风装置不应设在通风 机室内。 130 气力输送系统是一种利用气流输送物料的装置 优点优点：物料输送实现机械化，减轻了人们的劳动强度； 设备简单，布置灵活，投资较省；占地少，能节省 建筑空间，还能露天设置；在输送物料过程中，可 同时进行混和、干燥、冷却、分选等工艺过程；由 于是管道密闭输送，防尘效果好

54、，改善了劳动卫生 条件。 缺点缺点：动力消耗较大管道磨损较快。 8.6 气力输送系统的管道设计 131 气力输送系统的类型和特点：气力输送系统的类型和特点： 气力输送系统可分为气力输送系统可分为吸送式吸送式和和压送式压送式两大类两大类 根据系统的压力不同，吸送式分为根据系统的压力不同，吸送式分为低真空低真空(真空度小于真空度小于20kPa) 和和高真高真空空(真空度真空度20-50kPa)两种；两种； 压送式分为压送式分为高压高压(100一一700kPa)和和低压低压(50kPa以下以下) 还有在系统中兼具吸送和压送的混合式，以及循环式。还有在系统中兼具吸送和压送的混合式，以及循环式。 132

55、 (一一)吸送式系统吸送式系统 低压吸送式系统应用较多。安装在系统尾部的高压风机 运行时，系统内形成负压，物料和空气一起被吸入受料 器(常称喉管)，物料在喉管起动、加速后沿输料管送到 分离器(位于卸料目的地)，分离器分离下来的物料存入 料仓，含尘空气经除尘器净化后排入大气，必要时还需 装设消声器。整个系统在负压下工作，也称为负压式气 力输送系统。 133 134 吸送式气力输送系统特点： (1)可以在数处进料，向一处输送物料；或从低处向高 处输送物料； (2)吸尘点无粉尘飞扬。系统处于负压状态，管道和设 备的不严密处不会冒灰； (3)受料器结构简单，进料方便； (4)可以同时实现烘干等工艺过程

56、； (5)风机或真空泵的润滑油不会污损物料； (6)生产率较低，料气比一般小于4kg料kg空气，输 送距离较短；两者均受到真空度的限制； (7)对系统及分离器、除尘器下部的卸料器均有较高的 密闭要求。 135 在输送距离较大、输料量较多时，应当采用高真空吸送式气高真空吸送式气 力力输送系统。这种系统具有低真空吸送式系统的一般特点外， 还具有以下一些特点： (1)生产效率高，输送物料量大，输送距离较远； (2)工作稳定可靠，不容易堵塞；如果物料发生沉积，真空度会 自动随着提高，将管道吹通； (3)气-固两相流的流动性能好，物料对管道的磨损有所缓解； (4)要求管道和设备有较高的机械强度和良好的气

57、密性 (5)高真空吸送式系统的组成与低真空吸送式系统相似但是受 料器不是采用喉管，而是采用吸嘴；不是采用高压风机，而 是采用水环式真空泵水环式真空泵。 136 (二)压送式系统 与吸送式气力输送系统不同，压送式系统在正压正压状态下 工作。 压送式系统分为低压压送和高压压送两种，前者以高 压风机为动力。 低压压送式系统，风机安装在系统的前端，系统在正压 下工作。从受料器来的物料与空气混合为气固两相 流，并被送至目的地，由分离器分离，分离下来的固 体物料从下部卸料器卸出。含尘空气则经除尘器净化 后排入大气。 137 138 压送式气力输送系统的优点是： (1)能将集中的物料分向几处输送，可以向高于

58、大气 压力的容器输送物料； (2)生产率高；输料量大，并且易于调节； (3)卸料器结构简单； (4)管内输送风速较低，管壁磨损较轻，输送距离长， 目前可达200m以上；稍有粘性的物料也可以输送； (5)由于工作压力高，输料用的气体量小。 压送式气力输送系统的缺点是： (1)受料器结构复杂； (2)物料中可能沾染风机或压缩机出来的油和水滴。 139 气力输送系统设计计算的程序如下： (1)由工艺提供资料，确定系统输料量(生产率)； (2)根据物料性质和输送条件，确定气力输送方式和主 要部件、设备的型式； (3)合理布置管路，绘制系统轴测图 (4)根据物料性质、气力输送方式和规模等确定料气比、 输

59、送风速 (5)计算系统风量，确定管道直径； (6)计算系统的总阻力； (7)选择风机。 气力输送系统设计主要参数 气力输送系统的流动阻力 气力输送系统设计流程 气力输送系统主要设备的选择及管道布置 140 141 下面阐述与管道设计有关的两个问题。 (一)气力输送系统设计的主要参数 1 混合比 又称料气比，指单位时间内按输送物料的质量 与同一时间通过输料管的空气量之比，料气比 的大小关系到系统的经济性、可靠性和输料的 大小。 142 2输送风速 气力输送系统中输料管的气流速度称为输送风 速，它是一个重要的技术经济参数。 送风速太高，不但系统阻力大，管道磨损严重， 而且还能使物料容易破碎； 风速太低，工作不稳定，甚至造成堵塞。因此， 输送风速要经过分析比较，合理确定 143 3 物料速度 物料速度是指管道中颗粒群达到的最大速度管 道中的颗粒在气流的推动下开始运动，随后迅 速加速，直到颗粒群速度增大到一定数值，作 用于颗粒群上的气流推力与各种阻力达到平衡， 这时