整理通风管道横截面形状对比和研究

1、通风管道横截面形状对比和研究摘要： 风管系统是空调及通风工程中最重要的一个组成部分，通常情况下风管横截面有三种形状：矩形,圆形和扁圆形。在1960年以前，由于制作工艺简单，所需安装空间较小，绝大部分通风系统都采用矩形风管。随着大型螺旋圆形风管成型机研制成功，大量工程实例证明无论在经济性还是其他工程参数，圆形风管都远好于矩形风管。本文将对这些研究结果进行总结，并企图将比较的重点放在对风管系统的经济性比较上，同时由于在通常情况下更新费用占总费用比例较小，这部分的费用在本次讨论将被忽略。关键词： 圆形风管 矩形风管 经济性比较 风管系统1.背景风管系统是空调及通风工程中最重要的一个组成部分，它的功能

2、主要是将调节后的空气按设计流量尽可能高效率的传送到末端设备。通常情况下风管横截面有三种形状：矩形,圆形和扁圆形。矩形风管的制作通常是通过对四块钢板的铆接来完成。圆形风管则是将一百三十七毫米宽的钢板放在螺旋成型机绕制而成。扁圆形风管则比较少见，它一般是对圆形风管进行挤压形成. 在1960年以前，由于制作工艺简单，所需安装空间较小，绝大部分通风系统都采用矩形风管。随着大型螺旋圆形风管成型机研制成功，大量工程实例证明无论在经济性还是其他工程参数，圆形风管都远好于矩形风管。因此在国外，特别是欧洲，圆形风管的使用率都变得越来越普及，见表一。中国目前的圆形风管使用比率据笔者不完整的调查仅占百分之十百分之二

3、十之间。因此在中国国情之下对圆形风管与矩形风管的工程对比研究已成为一个刻不容缓的课题。 表一：圆形风管逐年所占的市场分额：国家及地区19601965197019751980198519902000北欧515406070808590德国55101520252550法国510203040505065英国510152025353555从经济分析的角度来讲，一栋建筑物内的风管系统在其整个使用寿命中所有的费用可分为1、初投资：包括设计费用，材料及安装费用，空间费用，调试费用，等等。2、运行费用：包括人员工资，能源，维护费用。3、更新费用：包括维修及更换破旧部件费用。近几年国外的研究结果（Scandiac

4、onsult(1992), Bouwman(1992), Malmstrom et al (2001), Malmstrom et al (2002)）表明，在诸多参数圆形风管系统比矩形风管系统表现更为优异，本文将对这些研究结果进行总结，并企图将比较的重点放在对风管系统的经济性比较上，同时由于在通常情况下更新费用占总费用比例较小，这部分的费用在本次讨论将被忽略。 2 初投资部分：圆型风管系统所需初投资比矩形风管要低的部分原因如下： · 圆型风管更容易制造和运输。 · 圆型风管的组件和配件都已被高度标准化。 · 从结构上讲，圆形风管更能承受压力而不变形，矩形风管因此

5、需要更多的螺栓，铆钉，支撑梁等加强措施。 · 在相同的水力直径下，制造圆型风管所需要的金属量要小于矩形风管，矩形风管的长宽比越大，则金属耗量越高。 · 圆形风管的吊架构造比矩形风管的安装简单，通风与空调工程施工及验收规范GB502432002同时指出，对于长边尺寸大于400mm的矩形风管吊架间距为4m，而对螺旋圆形风管间距则延长到5m。 · 测量圆形风管的风量所需测量点小于矩形风管，因此进行风管系统平衡时，调试费用也将小于矩形风管。 · 圆形风管能显著减少低频噪声传入室内，因此可以减少消声设备 Scandiaconsult(1992)为一个大房间的通风系

6、统分别用圆形风管和矩形风管做了两个设计方案，并比较系统的压力损头及相关的经济参数，见图1（注意：经济分析以当年的北欧市场价格为基准进行）。计算结果表明，在相同的末端设备条件下，整个安装费用，圆形风管仅为矩形风管的一半，同时圆形风管的材料费用为矩形风管的80%。全压损失（Pa）: 150.0 全部安装费用：0.51R 全部材料费用：0.8M （A）全压损失（Pa）: 165.4 全部安装费用：R 全部材料费用：M （B）图1：Scandiaconsult(1992) 风管设计方案比较 （A）圆形风管 （B）矩形风管对风管系统的所占空间进行经济分析是一件比较困难的事情，因为这取决于建筑物的结构和用

7、途。一般来说，采用矩形风管的最主要的一个原因是矩形风管能节约空间，但实际上，对于长宽比接近的矩形风管而言，它所占有的实际面积要大于圆形风管，这主要是因为矩形风管需要法兰来联结，而法兰边的高度通常大于20mm，见图2（A）。而现代螺旋风管可以来用标准话的柔性联结，见图2（B），这种方法不仅不需要多余空间，而且更加易于安装。因此对于长宽比接近1的矩形风道，圆形风管的优点是无法替代的。（A）（B）图2：Scandiaconsult(1992) 风管连接方案比较 （A）矩形风管 （B）圆形风管对于有着大长宽比的矩形风管，则可以采用几根圆形风管进行替代，见图3，这种替代方案可以使风量的控制变得更加简单。

8、同时安装费用也将大幅减小。虽然材料费用可能会有所增加，但Jagemer（1991）的一项调查结果表明，在此方案下，初投资总额几乎和矩形风管是一样的。 图3：一550mmX150mm的矩形风管为两D=200mm的圆形风管替代方案3. 运行费用在通常情况下，空调系统运行费用的最大部分为能源消耗。能源费用包括加热或冷却空气及将这些空气传送到末端的设备所消耗的能源。如果整个风管系统被良好地进行了保温，则风管漏风量成为多余能源消耗的一个重要来源。对于风管系统，风机是循环动力的提供者，风机的风压一般不会超过650Pa。除去空气处理机组的末端设备的压力损失，整个风管系统可利用的压头大约为200300Pa。因

9、此，风管系统应尽量避免有大的压头损失。同时，漏风量也直接影响到风机的功率选择，根据风机定理，风机功率与风量的三次方成正比，即如果风管漏风率为6%，风机功率将增加20%，螺旋圆形风管的漏风率要远远小于矩形风管。 3.1 漏风率 风管的漏风绿可由下式进行计算：（1）fref= 面积漏风率 qvl= 漏风量 A= 风管表面积 K= 漏风常数pref= 风管与外界的压差在欧洲，根据漏风常数，风管的气密性被划分为四个等级（A,B,C,D）。表2给出了相应等级所允许的最大漏风常数。 Class AKA=0.027×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65Class BKB=0.009

10、15;10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65Class CKC=0.003×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65Class DKD =0.001×10-3 m3 s-1 m-2 Pa-0.65表2：欧洲风管系统气密性等级划分与圆形风管相比，矩形风管需要的螺栓与铆钉连结要多得多，因此不可避免地漏风量也要大得多。图4为比利时的一组实测数据，数据显示矩形风管的漏风率平均比圆形风管高7倍。通风与空调工程师施工及验收规范GB50243-2002也指出：圆形风管的允许漏风量为矩形风管的50。 图4： 21栋比利时建筑物的风管漏风率的测量数据（Carrié e

11、t al, 1999）3.2压头损失水力当量直接被用来估算矩形风管的紊统压力损失对于有着相同水力当量直径的风管，尽管横截面形状不同。它们仍然有着相同的沿程压力损失。图5比较了一段圆型风管（D=0.5m,U=5m/s,=0.15mm）和有着相同面积，流量的矩形风管的压力损失。很明显在这种情况下，矩形风管的压力阻失远远大于圆型风管，而且随着风管长宽比的增大，压力损失也越大。也就意味着风机的功率也必然越大。 图5：等流量/流速矩形风管与圆型风管压力损失比较（流量=1 m3/s, v=5m/s）“水力当量直径”的概念是建立在沿矩形风管边界的平均切应力应当是一致的假设上的，也就是说，等速线应当与风管边界

12、平行，但是实际测量结果却显示，在矩形风管中，沿对角线方向的速度梯度衰减最慢，沿中心线方向的速度梯度衰减最慢。因此，在理论上，水力当量直径在下列两种情况下应当谨慎引用。 · 流量太小，流场达不到完全紊流状态 · 管道横截面远离圆形，即有着较大长宽比的矩形。 实验数据也对水力当量直径的普遍性表示了怀疑。JONES（1976）作了一系列的光滑矩形风管压力损失实验，笔者将他的实验数据进行了重新分析，见图6.尽管缺乏10<长宽比<25的数据。图6数据仍然强烈暗示了长宽比对水力当量直径压力损失的单调上升影响。Griggs et al(1992)在使用粗糙矩形风管做的实验也有

13、类似的结果。 图6：不同长宽比的光滑矩型风管与圆型风管的压力损失比较3.3维护费用为了避免病态建筑，风管需要定期进行清洁。清洁方法包括干法（使用吸尘器和刷子）或湿法（使用长拖把）在这两种情况下，圆形风管都比矩形风管更加简单。 4.结论风管系统的经济性分析是一件很困难的工作。它必须要考虑各种不同的因素，一个风管系统的寿命很有可能会超过十年，在这种情况下，一点很小的设计和质量上的改进都有可能加大投资的盈利率。从这点上说，圆型风管应当是一个更具经济性的解决方案。最后要指出的是，出于安静和空间的考虑，风管系统的某些有关大流量和大尺寸的部位，例如新风吸入口和空气处理装置出口仍然推荐采用矩形风管。 5参考

14、书目2004年普通高等学校招生全国统一考试理科综合能力测试（新、老课程）本试卷分第卷（选择题）和第卷（非选择题）两部分。以下数据可供解题时参考：原子量：H：1 O：16 Mg：24 Al：27 Cl：35.5 Cu：40 Fe；56 Zn：65第卷1某种病毒已侵入人体细胞内，机体免靶细胞发挥的免疫作用是（ ）A体液免疫B细胞免疫C自身免疫D非特异性免疫2下列关于光合作用和呼吸作用的叙述，错误的是（ ）A光合作用和呼吸作用都包括一系列氧化还原反应B光合作用和呼吸作用必须在有水的条件下进行C光合作用的全部反应是呼吸作用全部反应的逆转D光合作用和呼吸作用都是能量转化过程3列下关于实验的描述，正确的是

15、（ ）A将在蔗糖溶液中已发生质壁分离的洋葱表皮细胞转到更高浓度的蔗糖溶液中，则发生质壁分离复原B将斐林试剂加入到蔗糖溶液中，加热后出现砖红色沉淀C将肝脏研磨液煮沸冷却后，加入到过氧化氢溶液中立即出现大量气泡D将双缩脲试剂加入到蛋清稀释液中，溶液变成紫色4肺炎双球菌中的S型具有多糖类荚膜，R型则不具有。下列叙述错误的是（ ）A培养R型活细菌时加S型细菌的多糖类物质，能产生一些具荚膜的细菌B培养R型活细菌时加S型细菌DNA的完全水解产物，不能产生具荚膜的细菌C培养R型活细菌时加S型细菌的DNA，能产生具荚膜的细菌D培养R型活细菌时加S型细菌的蛋白质，不能产生具荚膜的细菌5一个池塘有生产者（浮游植物

16、）、初级消费者（植食性鱼类）、次级消费者（肉食性鱼类）和分解者（微生物）。其中生产者固定的全部能量为a，流入初级消费者、次级消费者和分解者的能量依次为b、c、d，下列表述正确的是（ ）Aa=b+dBa>b+dCa<b+dDa<c+d6下列分子含有的电子数目与HF相同，且只有两个极性共价键的是（ ）ACO2BN2OCH2ODCH47久置空气中会发生颜色变化，但颜色变化不是由于跟氧气反应引起的物质是（ ）A过氧化钠固体B亚硫酸钠固体C硫酸亚铁晶体D苯酚晶体8若1.8g某金属跟足量盐酸充分反应，放出2.24L（标准状况）氢气，则该金属是（ ）AAlBMgCFeDZn9有一种白色粉末

17、由等质量的两种物质混合而成，分别取适量该白色粉末置于三支试管中进行实验。（1）逐滴加入6mol·L-1盐酸，同时不断振荡试管，有气泡产生，反应结束后得到无色透明溶液（2）加热试管中的白色粉末，试管口有水滴凝结（3）逐滴加入6mol·L-1硫酸，同时不断振荡试管，有气泡产生，反应结束后试管口还有白色溶物下列混合物中符合以上实验现象的是（ ）ANaHCO3、AgNO3BBaCl2、MgCO3CNH4HCO3、MgCl2DCaCl2·6H2O、Na2CO310心酮胺是治疗冠心病的药物。它具有如下结构简式：下列关于心酮胺的描述，错误的是（ ）A可以在催化剂作用下和溴反应B

18、可以和银氨溶液发生银镜反应C可以和氢溴酸反应D可以和浓硫酸与浓硝酸的混合液反应111体积pH=2.5的盐酸与10体积某一元强碱溶液恰好完全反应，则该碱溶液的pH等于（ ）A9.0B9.5C10.5D11.012反应2SO2+O2 2SO2经一段时间后，SO3的浓度增加了0.4mol·L-1，在这段时间内用O2表示的反应速率为0.04mol·L-1·s-1，则这段时间为（ ）A0.1sB2.5sC5sD10s13某温度下在密闭容器中发生如下反应： 2E（g） 若开始时只充入2mol E（g），达平衡时，混合气体的压强比起始时增大了20%；若开始时只充入2mol M和

19、1mol N 的混合气体达平衡时M的转化率为（ ）A20%B40%C60%D80%14下列分子中，所有原子的最外层均为8电子结的是（ ）ABeCl2BH2SCNCl3DSF615以mD、mP、mN分别表示氘核、质子、中子的质量，则（ ）AmD=mP+mNBmD=mP+2mNCmD>mP+mNDmD<mP+mN16一简谐横波在图中x轴上传播，实线和虚线分别是t1和t2时刻的波形图，已知t2t1=1.0s。由图判断下列哪一个波速是不可能的。（ ）A1m/sB3m/s C5m/sD10m/s17我们的银河系的恒星中大约四分之一是双星。某双星由质量不等的星体S1和S2构成，两星在相互之间的

20、万有引力作用下绕两者连线上某一定点C做匀速圆周运动。由天文观察测得其运动周期为T，S1到C点的距离为r1,S1和S2的距离为r，已知引力常量为G。由此可求出S2的质量为（ ）ABCD18分子间有相互作用势能，规定两分子相距无穷远时两分子间的势能为零。设分子a固定不动，分子b以某一初速度从无穷远处向a运动，直到它们之间的距离最小。在此过程中，a、b之间的势能（ ）A先减小，后增大，最后小于零B先减小，后增大，最后大于零C先增大，后减小，最后小于零D先增大，后减小，最后大于零19一矩形线圈位于一随时间t变化的匀强磁场内，磁场方向垂直线圈所在的平面（纸面）向里，如图1所示。磁感应强度B随 t的变化规

21、律如图2所示。以l表示线圈中的感应电流，以图1中线圈上箭头所示方向的电流为正，则以下的It图中正确的是（ ）20如图所示，S为一在xy平面内的点光源。一平面镜垂直于xy平面放置，它与xy平面的交线为MN，MN与x轴的夹角=30°。现保持S不动，令平面镜以速率v沿x轴正方向运动，则S经平面镜所成的像（ ）A以速率v沿x轴正方向运动B以速率v沿y轴正方向运动C以速率v沿像与S连线方向向S运动D以速率v沿像与S连线方向向S运动21一带正电的小球，系于长为l的不可伸长的轻线一端，线的另一端固定在O点，它们处在匀强电场中，电场的方向水平向右，场强的大小为E。已知电场对小球的作用力的大小等于小球

22、的重力。现先把小球拉到图中的P1处，使轻线拉直，并与场强方向平行，然后由静止释放小球。已知小球在经过最低点的瞬间，因受线的拉力作用，其速度的竖直分量突变为零，水平分量没有变化，则小球到达与P1点等高的P2点时速度的大小为（ ）ABCD0第卷22（20分）（1）用游标为50分度的卡尺（测量值可准确到0.02mm）测定某圆筒的内径时，卡尺上的示数如图，可读出圆筒的内径为 mm。（2）图中E为直流电源，R为已知电阻，V为理想电压表，其量程略大于电源电动势，K1和K2为开关。现要利用图中电路测量电源的电动势E和内阻r，试写出主要实验步骤及结果表达式。23（14分）如图所示，两个用轻线相连的位于光滑水平

23、面上的物块，质量分别为m1和m2，拉力F1和F2方向相反，与轻线沿同一水平直线，且F1>F2。试求在两个物块运动过程中轻线的拉力T。24（22分）空间中存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，一带电量为+q、质量为m的粒子，在P点以某一初速开始运动，初速方向在图中纸面内如图中P点箭头所示。该粒子运动到图中Q点时速度方向与P点时速度方向垂直，如图中Q点箭头所示。已知P、Q间的距离为l。若保持粒子在P点时的速度不变，而将匀强磁场换成匀强电场，电场方向与纸面平行且与粒子在P点时速度方向垂直，在此电场作用下粒子也由P点运动到Q点。不计重力。求：（1）电场强度的大小。（2）两种情况中粒子

24、由P运动到Q点所经历的时间之差。25（22分）如图所示，在一光滑的水平面上有两块相同的木板B和C。重物A（视为质点）位于B的右端，A、B、C的质量相等。现A和B以同一速度滑向静止的C、B与C发生正碰。碰后B和C粘在一起运动，A在C上滑行，A与C有摩擦力。已知A滑到C的右端而未掉下。试问：从B、C发生正碰到A刚移到C右端期间，C所走过的距离是C板长度的多少倍。26（15分）下图表示制备无水无盐E的主要步骤：加酸A至弱酸性蒸发，结晶约260加乳状液体C至pH为89过滤、除杂质无水盐E水合盐D溶液溶液酸A无色无味气体酸石粉B已知B是石灰石，D盐含有约49%的结晶水，无水盐E可用作干燥剂。取少量E溶于

25、水，向其中滴加硝酸后，再滴加硝酸银溶液，有白色沉淀F生成。填写以下空白（写出化学式或名称）：A ，C ，D ，E ，F 。27（18分）芳香化合物A、B互为同分异构体，B的结构简式是 。A经、两步反应得C、D和E。B经、两步反应得E、F和H。上述反应过程、产物性质及相互关系如图所示。BANaOH溶液，H2O、H+NaOH溶液，H2O、H+H2O2酸催化氧化剂O2、Cu催化剂IHGFEDCO|CH3COOHC2H8O7只能得到两种一溴取代物 甲酸（1）写出E的结构简式 。（2）A有2种可能的结构，写出相应的结构简式 。（3）F和小粒金属钠反应的化学方程式是 ，实验现象是 ，反应类型是 。（4）写

26、出F在浓H2SO4作用下在170发生反应的化学方程式： ，实验现象是 ，反应类型是 。（5）写出F与H在加热和浓H2SO4催化作用下发生反应的化学方程式 ，实验现象是 ，反应类型是 。（6）在B、C、D、F、G、I化合物中，互为同系物的是 。28（14分）根据下图及描述，回答下列问题：（1）关闭图A装置中的止水夹a后，从长颈漏斗向试管口注入一定量的水，静置后如图所示。试判断：A装置是否漏气？（填“漏气”、“不漏气”或“无法确定”） 。判断理由： 。（2）关闭图B装置中的止水夹a后，开启活塞b，水不断往下滴，直至全部流入烧瓶。试判断：B装置是否漏气？（填“漏气”、“不漏气”或“无法确定”） ，判

27、断理由： 。29（14分）A、B、C、D、E分别代表5种微粒，每种微粒中都含有18个电子。其中A和C都是由单原子形成的阴离子，B、D和E都是分子；又知在水溶液中A跟B应可生成C和D；E具有强氧化性。请回答：（1）用化学符号表示上棕5种微粒：A ，B ，C ，D ，E 。（2）在水溶液中A跟B反应的离子方程式是： 。30（15分）为了验证促进有丝分裂物质对细胞分裂的促进作用，将小鼠的肝细胞悬浮液分成等细胞数的甲、乙两组，在甲组的培养液中加入3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（3H-TdR）；乙组中加入等剂量的3H-TdR并加入促进有丝分裂物质。培养一段时间后，分别测定甲、乙两组细胞的总放射性强度。据此回

28、答下列问题：（1）细胞内3H-TdR参与合成的生物大分子是_，该种分子所在的细胞结构名称是_、_。（2）乙组细胞的总放射性强度比甲组的_，原因是_。（3）细胞利用3H-TdR合成生物大分子的过程发生在细胞周期的_期。（4）在上述实验中选用3H-TdR的原因是_。31（20分）回答下面的（1）（2）题。（1）下表是豌豆杂交组合的实验统计数据亲本组合后代的表现型及其株数组别表现型高茎红花高茎白花矮茎红花矮茎白花甲高茎红花×矮茎红花627724203617212乙高茎红花×高茎白花9531251750243262丙高茎红花×矮茎红花51731700丁高茎红花×矮茎白花013010戊高茎白花×矮茎红花523499507据上表回答：上述两对相对性状中，显性性状为_、_。写出每一杂交组合中两个亲本植株的基因型，以A和a分别株高的显、隐性基因，B和b分别表示花色的显、隐性基因。甲组合为 _ × _乙组合为 _ × _丙组合为 _ × _丁组合为 _ × _戊组合为 _ × _为最容易获得双隐性个体，应采用的杂交组合是_。（2）假设某一种酶是合成豌豆红