通风管道系统的设计计算解析资料实用教案

1、 定义：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、有害气体直接排送到室外或经净化处理后排(hu pi)送到室外的管道。 分类：包括通风除尘管道(gundo)、空调管道(gundo)等。 作用：把通风进风口、空气的热、湿及净化处理(chl)设备、送(排)风口、部件和风机连成一个整体，使之有效运转。 设计内容：风管及其部件的布置；管径的确定；管内气体流动时能量损耗的计算；风机和电动机功率的选择。 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。第1页/共75页第一页，共75页。1 排风罩5 风帽1 排

2、风罩2 风管有害气体 如图，在风机4的动力作用下，排风罩（或排风口）1将室内污染空气吸入，经管道2送入净化设备3，经净化处理达到(d do)规定的排放标准后，通过风帽5排到室外大气中。第2页/共75页第二页，共75页。 如图，在风机3的动力作用下，室外空气进入新风口1，经进气处理设备2处理后达到 卫生标准或工艺要求后，由风管(fn un)4输送并分配到各送风口5 ，由风口送入室内。第3页/共75页第三页，共75页。8.1.1 两种流态及其判别分析 流体在管道内流动时，其流动状态，可以分为层流、紊流。 雷诺数既能判别流体在风道(fn do)中流动时的流动状态，又是计算风道(fn do)摩擦阻力系

3、数的基本参数。DV Re 在通风与空调工程(gngchng)中，雷诺数通常用右式表示：8.1.2 风管内空气流动的阻力l产生阻力的原因： 空气在风管内流动之所以产生阻力是因为空气是具有粘滞性的实际流体，在运动过程中要克服内部相对运动出现的摩擦阻力以及风管材料内表面的粗糙程度对气体的阻滞作用和扰动作用。l阻力的分类：摩擦阻力或沿程阻力；局部阻力第4页/共75页第四页，共75页。lvRPsm2412XFRs 空气在任意横断面形状不变的管道中流动时，根据流体力学(li t l xu)原理，它的沿程阻力可以按下式确定： 对于圆形截面风管(fn un)，其阻力由下式计算：lvDPm212 单位长度的摩擦

4、阻力又称比摩阻。对于圆形风管，由上式可知其比摩阻为： 2/2vDlPRmm（8-5）（1）圆形风管的沿程阻力计算第5页/共75页第五页，共75页。摩擦阻力系数与管内流态和风管(fn un)管壁的粗糙度K/D有关)/(DKRfe，图8-1 摩擦阻力系数(xsh)随雷诺数和相对粗糙度的变化第6页/共75页第六页，共75页。 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(jch)，美国、日本、德国的一些暖通手册中广泛采用。我国编制的全国通用通风管道计算表也采用该公式：Re51. 271. 3lg21DK 为了避免繁琐的计算，可根据公式（8-5）

5、和式（8-7）制成各种形式的表格或线算图。附录4所示的通风管道单位长度(chngd)摩擦阻力线算图，可供计算管道阻力时使用。运用线算图或计算表，只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，即可求得其余两个参数。 （8-7）第7页/共75页第七页，共75页。附录4 通风管道单位(dnwi)长度摩擦阻力线算图第8页/共75页第八页，共75页。 需要说明的是，附录4的线算图是是按过渡区的值，在压力(yl)B0=101.3kPa、温度t0=200C、空气密度0=1.24kg/m3、运动粘度=15.0610-6m2/s、壁粗糙度K=0.15mm、圆形风管、气流与管壁间无热量交换等条件下得的。当实

6、际条件与上述不符时，应进行修正。1）密度和粘度(zhn d)的修正 1 . 0091. 000)()(mmRR2）空气(kngq)温度和大气压力的修正 0mBtmRKKR825. 027320273tKt9 . 0)3 .101(BKB3）管壁粗糙度的修正 0mrmRKR第9页/共75页第九页，共75页。 有一通风系统(xtng)，采用薄钢板圆形风管（ K = 0.15 mm），已知风量L3600 m2/h（1 m3/s）。管径D300 mm，空气温度t30。求风管管内空气流速和单位长度摩擦阻力。0mRtK0mtmRKR=0.97解：查附录4，得14 m/s，7.68 Pa/m 查图8-2得，

7、=0.977.68 Pa/m=7.45 Pa/m第10页/共75页第十页，共75页。 全国(qun u)通用通风管道计算表和附录4的线算图是按圆形风管得出的，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。 所谓“当量直径”，就是与矩形风管有相同单位(dnwi)长度摩擦阻力的圆形风管直径，它有流速当量直径和流量当量直径两种。 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，并且两者的单位长度摩擦阻力也相等，则该圆风管的直径就称为此矩形风管的流速当量直径。第11页/共75页第十一页，共75页。（1）流速

8、当量(dngling)直径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(xingdng)，并且两者的单位长度摩擦阻力也相等(xingdng)，则该圆风管的直径就称为此矩形风管的流速当量直径。第12页/共75页第十二页，共75页。 圆形风管(fn un)Rs和矩形风管(fn un)的水力半径Rs“必须相等。 圆形风管(fn un)的水力半径 Rs=D/4 矩形风管(fn un)的水力半径 Rs=ab/2（a+b） Rs= Rs=D/4= ab/2（a+b） D= ab/2（a+b）=Dv Dv称为边长为ab 的矩形风管(fn un)的流速当量直径。如果矩形风管(fn un)内的流速与管

9、径为Dv ，的圆形风管(fn un)内的流速相同，两者的单位长度摩擦阻力也相等。因此，根据矩形风管(fn un)的流速当量直径Dv 和实际流速v，由附录查得的Rm 。即为矩形风管(fn un)的单位长度摩擦阻力。第13页/共75页第十三页，共75页。（2）流量当量(dngling)直径l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(chn wi)此矩形风管的流量当量直径。l流量当量直径可近似按下式计算。l DL=1.37(ab)0.625/（a+b）0.25 l以流量当量直径DL和矩形风管的流量L，查附录6所得的单位长度摩擦阻力Rm

10、，即为矩形风管的单位长度摩擦阻力第14页/共75页第十四页，共75页。解 矩道风道内空气流速1）根据(gnj)矩形风管的流速当量直径Dv和实际流速V，求矩形风管的单位长度摩擦阻力。 有一表面光滑(gung hu)的砖砌风道（K=3mm），横断面尺寸为500mm 400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求单位长度摩阻力。 15/0.5 0.4LVm sab22 500 400444500400VabDmmab第15页/共75页第十五页，共75页。由V=5m/s、Dv=444mm查图得Rm0=0.62Pa/m0.250.2503 51.961.96 0.621.22/tmtmKKVRK

11、 RPa m粗糙度修正(xizhng)系数第16页/共75页第十六页，共75页。由L=1m3/S、DL=487mm查图2-3-1得Rm0=0.61Pa/mRm=1.960.61=1.2 Pa/m2）用流量当量直径(zhjng)求矩形风管单位长度摩擦阻力。矩形风道的流量当量直径(zhjng)0.6250.250.6250.251.30.4 0.51.30.4 0.50.447LabDa bm第17页/共75页第十七页，共75页。 一般情况下，通风除尘、空气调节和气力输送管道都要安装一些诸如断面变化的管件(如各种变径管、变形管、风管进出口、阀门)、流向变化的管件（弯头）和流量变化的管件(如三通、四

12、通、风管的侧面送、排风口)，用以控制和调节管内的气流流动。 流体经过这些管件时，由于边壁或流量的变化，均匀流在这一局部地区遭到破坏，引起流速的大小，方向或分布的变化，或者气流的合流与分流，使得气流中出现涡流区，由此产生了局部损失。 多数局部阻力的计算还不能从理论上解决，必须(bx)借助于由实验得来的经验公式或系数。局部阻力一般按下面公式确定： 2Z2 局部阻力系数也不能从理论上求得，一般用实验方法确定。在附录(fl)5中列出了部分常见管件的局部阻力系数。 第18页/共75页第十八页，共75页。 局部阻力在通风、空调系统(xtng)中占有较大的比例，在设计时应加以注意。减小局部阻力的着眼点在于防

13、止或推迟气流与壁面的分离，避免漩涡区的产生或减小漩涡区的大小和强度。下面介绍几种常用的减小局部阻力的措施。 （1） 渐扩管和渐扩管几种常见(chn jin)的局部阻力产生的类型：、突变、渐变 第19页/共75页第十九页，共75页。、转弯处 、分岔(fn ch)与会合2312312第20页/共75页第二十页，共75页。（2） 三通(sn tn) 图8-4 三通支管和干管(n un)的连接第21页/共75页第二十一页，共75页。（3）弯管(wn un)图8-5 圆形风管(fn un)弯头图8-6 矩形风管(fn un)弯头图8-7 设有导流片的直角弯头（4） 管道进出口图8-8 风管进出口阻力第2

14、2页/共75页第二十二页，共75页。（5） 管道(gundo)和风机的连接图8-9 风机(fn j)进出口管道连接第23页/共75页第二十三页，共75页。8.2.1 动压、静压和全压 空气在风管(fn un)中流动时，由于风管(fn un)阻力和流速变化，空气的压力是不断变化的。研究风管(fn un)内压力的分布规律，有助于我们正确设计通风和空调系统并使之经济合理、安全可靠的运行。分析(fnx)的原理是风流的能量方程和静压、动压与全压的关系式。 根据能量守恒定律，可以写出空气在管道内流动时不同断面间的能量方程（伯努利方程）。 212222121122PgZPgZPjj2122221122PPP

15、jj我们可以利用上式对任一通风空调系统的压力分布进行分析第24页/共75页第二十四页，共75页。8.2.2 风管内空气(kngq)压力的分布 把一套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，就称为通风除尘系统的压力分布图。 设有图8-10所示的通风系统，空气(kngq)进出口都有局部阻力。分析该系统风管内的压力分布。第25页/共75页第二十五页，共75页。8.3.1 风道设计(shj)的内容及原则风道的水利计算分设计(shj)计算和校核计算两类。风道设计时必须遵循以下的原则：（1）系统要简洁、灵活、可靠；便于安装、调节、控制与维修。（2）断面尺寸要标准化。（

16、3）断面形状要与建筑结构相配合，使其完美统一。 第26页/共75页第二十六页，共75页。8.3.2 风道设计(shj)的方法风管水力(shul)计算方法1.假定流速法2.压损平均法3.静压复得法目前常用的是假定流速法。第27页/共75页第二十七页，共75页。通风管道的水力(shul)计算l通风管道的水力计算是在系统和设备布置、风管材料、各送排风点的位置和风量均已确定的基础上进行的。l目的是，确定各管段的管径(或断面尺寸)和阻力，保证系统内达到要求的风量分配。最后(zuhu)确定风机的型号和动力消耗。l在有的情况下， 风机的风量、风压已经确定，要由此去确定风管的管径。l风管水力计算方法有假定流速

17、法、压损平均法和静压复得法等几种， 目前常用的是假定流速法。第28页/共75页第二十八页，共75页。8.3.3 风道设计(shj)的步骤假定流速法风管水力(shul)计算的步骤。（1）绘制(huzh)通风或空调系统轴测图（2）确定合理的空气流速（3）根据各管段的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸，计算最不利环路的摩擦阻力和局部阻力（4）并联管路的阻力计算（5）计算系统的总阻力（6）选择风机第29页/共75页第二十九页，共75页。假定流速法的特点是，先按技术经济要求选定风管的流速，再根据风管的风量(fngling)确定风管的断面尺寸和阻力。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

18、测图，对各管段进行编号，标注长度和风量(fngling)。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)本身的长度。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。第30页/共75页第三十页，共75页。3. 管道压力损失计算 阻力计算应从最不利环路开始 根据各风管(fn un)的风量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(fn un)断面尺寸时，采用通风管(fn un)道统一规

19、格。袋式除尘器和静电除尘器后风管(fn un)内的风量应把漏风量和反吹风量计人。在正常运行条件下，除尘器的漏风率应不大于5第31页/共75页第三十一页，共75页。4. 并联管路的阻力平衡为了保证各送、排风(pi fn)点达到预期的风量，两并联支管的阻力必须保持平衡。对一般的通风系统，两支管的阻力差应不超过15；除尘系统应不超过10。若超过上述规定，可采用下述方法使其阻力平衡。（1）调整支管管径 通过改变支管管径，即改变支管的阻力，达到阻力平衡。第32页/共75页第三十二页，共75页。（2）增大排风量当两支管的压力损失相差不大时(在20以内)，可以不改变管径，将压力损失小的那段支管的流量适当增大

20、，以达到压力平衡(pnghng)。（3）增大支管的压力损失阀门调节是最常用的一种增加局部压力损失的方法，它是通过改变阀门的开度，来调节管道压力损失的。5.风机选择第33页/共75页第三十三页，共75页。 例8-3图8-11所示为某车间的振动筛除尘系统。采用矩形伞形排风罩排尘，风管用钢板(gngbn)制作（粗糙度K0.15mm），输送含有铁矿粉尘的含尘气体，气体温度为20。该系统采用CLS800型水膜除尘器，除尘器含尘气流进口尺寸为318mm552mm，除尘器阻力900Pa。对该系统进行水力计算，确定该系统的风管断面尺寸和阻力并选择风机。 第34页/共75页第三十四页，共75页。第35页/共75

21、页第三十五页，共75页。第36页/共75页第三十六页，共75页。第37页/共75页第三十七页，共75页。第38页/共75页第三十八页，共75页。第39页/共75页第三十九页，共75页。第40页/共75页第四十页，共75页。第41页/共75页第四十一页，共75页。第42页/共75页第四十二页，共75页。第43页/共75页第四十三页，共75页。第44页/共75页第四十四页，共75页。第45页/共75页第四十五页，共75页。第46页/共75页第四十六页，共75页。【例题】 有一通风(tng fng)除尘系统，风管全部用钢板制作，管内输送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。各排风点的排风量和各管段的

22、长度见图所示。该系统采用袋式除尘器进行排气净化，除尘器压力损失P=1200Pa。对该系统进行设计计算。第47页/共75页第四十七页，共75页。第48页/共75页第四十八页，共75页。【解】 1对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。2选定最不利环路， 本系统选择1-3-5-除尘器-6-风机(fn j)-7为最不利环路。3根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。 输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管12ms、水平风管14ms。 考虑到除尘器及风管漏风，管段6及7的计算风量为63001.05=6615m3h。第49页/共75页第

23、四十九页，共75页。管段1 根据L1=1500m3h(0.42m3)、vl=14ms 查出管径和单位长度摩擦阻力。 所选管径应尽量符合附录8的通风管道统一规格。 D1=200mm Rm1=12.5Pam 同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻.4确定(qudng)管段2、4的管径及单位长度摩擦阻力.5查附录7，确定(qudng)各管段的局部阻力系数。第50页/共75页第五十页，共75页。(1)管段1 设备密闭(mb)罩 =10(对应接管动压) 900弯头(RD=1.5)一个 =0.17直流三通(13)根据Fl+F2F3 F2 / F3 =：(140240)=0.292L2 / L3=800

24、/2300=0.34 7 查得 =0.20 =1.0+0.17+0.20=1.37 第51页/共75页第五十一页，共75页。(3)管段3直流三通(3-5)根据(gnj)F3+F4F5 F4 / F5 =：(280380)2=0.54L4 / L5=4000/6300=0.634 查得 =-0.05(4)管段4设备密闭罩 =1合流三通(4-5) =0.64=1.0+0.17+0.64第52页/共75页第五十二页，共75页。(5)管段(un dun)5 除尘器进口变径管(渐扩管)除尘器进口300800mm，变径管长度500mmtg =1/2(800-380)/500=0.42=22.7 =0.60

25、第53页/共75页第五十三页，共75页。(6)管段6除尘器出口变径管(渐缩管)除尘器出口尺寸300800mm变径管长度400mm tg =1/2(800-420)/400=0.475 =25.4 =0.10 900弯头(wn tu)2个 =20.17=0.34风机进口渐扩管选风机，风机进口直径D1=500mm,变径管长度300mm tg =1/2(500-420)/300=0.13 =7.60 =0.03=0.1+0.34+0.03=0.47第54页/共75页第五十四页，共75页。(7)管段7风机出口渐扩管风机出口尺寸(ch cun)410315mm D7=420mmF 7 / F =1.07

26、 =0带扩散管的伞形风帽(hD0=0.5) =0.60 =060 第55页/共75页第五十五页，共75页。6计算(j sun)各管段的沿程摩擦阻力和局部阻力。第56页/共75页第五十六页，共75页。7对并联(bnglin)管路进行阻力平衡(1)汇合点Pl=298.5Pa P2 =179.7Pa （Pl -P2 ） / Pl = （298.5- 179.7）/ 298.5 =39. 710为使管段l、2达到阻力平衡，改变管段2的管径，增大其阻力。 根据公式(6-16) D2=D2(P2 P2 )0.225=124.8mm 取D2 =130mm。其对应的阻力 P2 =179.7（140/130）

27、1/0.225=249.7Pa（Pl -P2 ） / Pl=（298.5- 249.7）/ 298.5 =16.8 10第57页/共75页第五十七页，共75页。(2)汇合点B Pl +P3=298.5+54=352PaP4= 362Pa P4-（Pl +P3 ）/ P4=362-352.5/362=2.6 10符合要求 8计算系统(xtng)的总阻力 P= (Rml+Z)=298.5+54+99.2+58.6+87.8+1200 =1798Pa第58页/共75页第五十八页，共75页。9选择风机(fn j)风机(fn j)风量 Lf=1.15L=1.156615=7607m3h风机(fn j)风

28、压 Pf=1.15P=1.151798=2067Pa，第59页/共75页第五十九页，共75页。l通风除尘系统风管压力损失的估算l在进行系统的方案比较(bjio)或申报通风除尘系统的技术改造计划时，对系统的总损失作粗略通风除尘系统风管压力损失的估算 。系统性质管道风速m/s风管长度m排风点个数压力损失pa通风系统14302以上30050014504以上350400除尘系统161850612001400第60页/共75页第六十页，共75页。通风除尘(chchn)系统的系统图 图8-11所示为某车间的振动筛除尘系统。采用矩形伞形排风罩排尘，风管用钢板制作（粗糙度K0.15mm），输送含有铁矿粉尘的含

29、尘气体，气体温度为20。该系统采用CLS800型水膜除尘器，除尘器含尘气流进口尺寸为318mm552mm，除尘器阻力900Pa。对该系统进行水力(shul)计算，确定该系统的风管断面尺寸和阻力并选择风机。 第61页/共75页第六十一页，共75页。 在通风、空调、冷库、烘房及气幕装置中，常常要求把等量的空气经由风道侧壁（开有条缝、孔口或短管）均匀的输送到各个空间(kngjin)，以达到空间(kngjin)内均匀的空气分布。这种送风方式称为均匀送风。均匀送风管道(gundo)通常有以下几种形式：（1）条缝宽度或孔口面积变化，风道断面不变，如图8-14所示。0f图8-14 风道断面F及孔口流量系数

30、不变，孔口面积 变化的均匀吸送风 吹出吸入从条缝口吹出和吸入的速度分布第62页/共75页第六十二页，共75页。（2）风道(fn do)断面变化，条缝宽度或孔口面积不变，如图8-15所示。0f图8-15风道断面F变化，孔口流量系数 及孔口面积 不变的均匀送风 （3）风道断面、条缝宽度或孔口(kn ku)面积都不变，如图8-16所示。0f 风道断面F及孔口面积 不变时，管内静压会不断增大，可以根据静压变化，在孔口上设置不同的阻体来改变流量系数 。第63页/共75页第六十三页，共75页。 风管内流动的空气，在管壁的垂直方向受到气流静压作用，如果在管的侧壁开孔，由于孔口内外静压差的作用，空气会在垂直管

31、壁方向从孔口流出。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，如图8-17所示。图8-17 孔口(kn ku)出流状态图第64页/共75页第六十四页，共75页。1. 出流的实际流速(li s)和流向jjpv2ddpv222djdjdjppvvtg静压差产生(chnshng)的流速为： 空气从孔口出流时，它的实际流速和出流方向(fngxing)不仅取决于静压产生的流速大小和方向(fngxing)，还受管内流速的影响。孔口出流的实际速度为二者的合成速度。速度的大小为： 利用速度四边形对角线法则，实际流速 的方向与风道轴线方向 的夹角（出流角）为空气在风管内的轴向流速为：第65页/共75页第六十五页，共75页。2. 孔口(kn ku)出流的风量vfL36000jfff00sinjjPfvfL236003600000jvfLv0003600对于孔口(kn ku)出流，流量可表示成： 孔口(kn ku)处平均流速：第66页/共75页第六十六页，共75页。3.实现均匀(jnyn)送风的条件 要实现均匀送风需要满足下面两个基本要求：1）各侧孔或短管的出流风量相等；2）出口气流尽量与管道侧壁垂直(chuzh)，否则尽管风量相等也不会均匀。 0fjp 从式