工业通风第六章 通风管道的设计计算

1、本章要求：本章要求： 1、掌握风道的水力计算方法及使用场合；、掌握风道的水力计算方法及使用场合； 2、掌握通风管道的布置原则及设计原则；、掌握通风管道的布置原则及设计原则； 3、掌握减少局部阻力的措施；、掌握减少局部阻力的措施； 4、了解风道内的压力分布及均匀送风管道、了解风道内的压力分布及均匀送风管道的设计计算。一、摩擦阻力 根据流体力学原理，空气在横断面形状不变的管道内流动时的摩擦阻力称为沿程阻力。计算式如下：Pml（1/4Rs）（v2/2） pa （6-1)对于圆形风管，摩擦阻力计算公式可改写为：Pm（ l/D）（v2/2） pa （6-2)圆形风管单位长度的摩擦阻力（比摩阻）：Rm（

2、/D）（v2/2） pa/m （6-3)摩擦阻力系数与风管内的流动状态和风管管壁的粗糙度有关。在通风和空调系统中，薄钢板风管的空气流动状态大多属于紊流光滑区到粗糙区之间的过渡区。计算过渡区阻力系数的公式很多，下面列出的公式适用范围很大，在目前得到较广泛的采用： 6-4进行通风管道的设计时，为了避免繁琐的计算，可根据公式（6-3)和（6-4)制成各种形式的计算表和线解图。书后附录6所示的线解图，可供计算管道阻力时使用。只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余的两个参数。e51. 27 . 3lg2-1RDK附录6的线解图是按过渡区的值，在压力B0101.3kPa、

3、温度t020、空气密度01.204kg/m3、运动粘度015.0610-6m2/s、管壁粗糙度K0.15mm、圆形风管等条件下得出的。当实际使用条件与上述条件不相符时，应进行修正。二、矩形风管的摩擦阻力计算 附录6是按圆形风管得出的，为利用该图进行矩形风管计算，需先把矩形风管断面尺寸折算成相当的圆形风管直径，即折算成当量直径。再由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。w 所谓当量直径w 所谓流速当量直径w 所谓流量当量直径w 必须注意：w 三、局部阻力w 所谓局部阻力w 计算公式w Zv2/2减少局部阻力的措施：（1）弯头 1）增大弯头的曲率半径R，一般R=（14）D（D为管径）； 2）采用转角小

4、的弯头； 3）在弯头内设置导流叶片； 4）用弧弯代替直角弯。（2）三通 一般夹角不超过30； 尽量使两支管和总管的气流流速相等。（3）排风立管出口 应降低排风立管的出口流速； 采用带渐扩管的伞形风帽=0.6；而直管式的伞形风帽=1.15。（4）管道和风机的连接 不要有流向和流速的突然变化。（5）渐扩管 开口角45为宜。（6）管道突扩与突缩 应采用渐扩或渐缩管。 （7）气流的进口和出口 进口可作成流线型，出口可作成扩张型。 （8）合理布置管件，防止相互影响。 在设计时，应在各管件之间留有大于三倍的直管距离。w 第二节 风管内的压力分布w 设有图6-8所示的通风系统，空气进出口都有局部阻力。分析该

5、系统风管内的压力分布。w 算出各点（断面）的全压值、静压值和动压值，把它们标出，再逐点连接，就可求得风管内压力分布图。w 下面确定各点的压力：w 点1：列出空气入口外和入口（点1 ）断面的能量方程式：w Pq0=Pq1+Z1w 因Pq0=大气压力0，故w Pq1 = Z1w Pd12 =v1-22/2w Pj1 = Pq1 Pd12 （v1-22/2Z1）w 式中 Z1 空气入口处的局部阻力；w Pd12 管段1-2的动压。w 上式表明，点1处的全压和静压均比大气压低。静压降Pj1的一部分转化为动压Pd12 ；另一部分消耗在克服入口的局部阻力Z1 。w 点2：w Pq2=Pq1 -（Rm1-2

6、l1-2+Z2）Pj2 = Pq2 Pd12= Pj1+ Pd12 -（Rm1-2l1-2+Z2） - Pd12 = Pj1 -（Rm1-2l1-2+Z2）则 Pj1 - Pj2 =（Rm1-2l1-2+Z2） 6-15由式6-15看出，当管段1-2内空气流速不变时风管的阻力是由降低空气的静压来克服的。从图6-8还可以看出，由于管段2-3的流速小于管段1-2的流速，空气流过点2后发生静压复得现象。点3：Pq3=Pq2 Rm2-3l2-3点4：Pq4=Pq3 Z3-4式中 Z3-4 渐缩管的局部阻力。点5（风机进口）：Pq5=Pq4 -（Rm4-5l4-5+Z5）式中 Z5 风机进口处90弯头的

7、局部阻力。点11（风管出口）：Pq11 v112/2Z11 v112/211 v112/2（1 11 ） v112/2 11 v112/2 Z11式中 v11 风管出口处空气流速； Z11 风管出口处局部阻力； 11 风管出口处局部阻力系数；11 包括动压损失在内的出口处局部阻力系数， 11 （1 11 ） 。在实际设计时，手册中直接给出值。点10：Pq10=Pq11 Rm10-11l10-11点9：Pq9=Pq10 Z9-10式中 Z9-10 渐扩管的局部阻力。点8：Pq8=Pq9 Z8-9式中 Z8-9 渐缩管的局部阻力。点7：Pq7 = Pq8Z7-8式中 Z7-8 三通直管的局部阻力。

8、点6（风机出口）：Pq6 = Pq7 Rm6-7l6-7 自点7开始，有7-8及7-12两个支管。为了表示支管7-12的压力分布。过o引平行于支管7-12轴线o o线作为基准线，用上述同样方法求出此支管的全压值。 把以上各点的全压标在图上，并根据摩擦阻力与风管长度成直线关系，连接各个全压点可得到全压分布曲线。以各点的全压减去该点的动压，即为各点的静压，可画出静压分布曲线。从图6-8可看出空气在管内的流动规律为：1、风机的风压Pf等于风机进、出口的全压差，或者说等于风管的阻力及出口动压损失之和，即等于风管总阻力。2、风机吸入段的全压和静压均为负值，在风机入口处负压最大；风机压出段的全压和静压一般

9、情况下均为正值，在风机出口正压最大。因此，风管连接处不严密会有空气渗入或溢出，以致影响风量分配或造成粉尘和有害气体向外泄漏。3、各并联支管的阻力总是相等。如果设计时各支管阻力不相等，在实际运行时， 各支管会按其阻力特性自动平衡，同时改变预定的风量分配。4、压出段上点9的静压出现负值是由于断面9收缩得很小，使流速大大增加，当动压大于全压时，该处的静压出现负值。若在断面9开孔，将会吸入空气而不是压出空气。有些压送式气力输送系统的受料器进料和诱导式通风就是这一原理的运用。一、一、通风管道的水力计算通风管道的水力计算 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

10、上进行的。其主要目的是，确定各管道的管径（或断面尺寸）和阻力，保证系统内达到要求的风量分配。最后确定风机的型号和动力消耗。风管水力计算方法有假定流速法、压损平均法和静压复得法等几种。w 所谓假定流速法：是先按技术经济要求选定风管的流速，再根据风管的风量确定风管的断面尺寸和阻力。w 所谓压损平均法：是将已知总作用压头按干管长度平均分配给每一管段，再根据每一管段的风量确定风管的断面尺寸。w 所谓静压复得法：是利用风管分支处复得的静压来克服该管段的阻力，根据这一原则确定风管的断面尺寸。此法适用于高速空调系统的水力计算。w 假定流速法的计算步骤和方法：w 1、绘制通风或空调系统轴测图，对各管段进行编号

11、，标注长度和风量。管段长度一般按两管件间中心线长度计算，不扣除管件（三通、弯头）本身的长度。2、确定合理的空气流速。必须通过全面的技术经济比较选定合理的流速。根据经验总结，风管内的空气流速可按P153表6-2、6-3、6-4确定。3、根据各风管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 确定风管断面尺寸时，应采用附录8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开始w 4、并联管路的阻力平衡为了保证各送、排风点达到预期的风量，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

12、 系统应不超过10。若超过上述规定，可采取下列方法：（1）调整支管管径（2）增大风量（3）阀门调节5、计算系统的总阻力。6、选择风机（1）根据输送气体性质，系统的风量和阻力确定风机的类型。例如输送清洁空气，选用一般的风机，输送有爆炸危险的气体和粉尘，选用防爆风机，输送腐蚀性气体选用防腐风机。（2）考虑到风管、设备的漏风及阻力计算的不精确，应将计算的流量和阻力乘以一个安全系数再选风机。（3）当风机在非标准状态下工作，应将上面的流量和阻力换算为标准状态，再从产品样本上选择风机。（4）选出风机的出口方向。二、二、风道的设计原则风道的设计原则 1、风道的计算压力损失，宜按下列数值附加： 一般送排风系统

13、 10%15% 除尘系统 15%20% 2、风管漏风率宜采用下列数值： 一般送排风系统 10% 除尘系统 10%15% 3、通风系统各并联管段间的压力损失相对差额，不宜大于下列数值： 一般送排风系统 15% 除尘系统 10% 4、通风系统的风管宜采用圆形或矩形截面，除尘系统的风管宜采用圆形钢制风管。 5、 在容易积灰的异形管件附近，应设置密闭清扫口。 三、三、通风除尘系统风管压力损失的估算通风除尘系统风管压力损失的估算通风除尘系统风管压损估算值 表6-5系统性质管内风速（m/s）风管长度（m）排风点个数估算压力损失（Pa）一般通风系统一般通风系统镀槽排风炼钢电炉（15t）炉盖罩除尘系统木工机床

14、除尘系统砂轮机除尘系统破碎、筛分设备除尘系统破碎、筛分设备除尘系统混砂机除尘系统落砂机除尘系统141481218201618161818201820182016183050505060504050303040152个以上4个以上26233241300350350400500600120015001200140011001400120015001000120010001400500600jiPv2ddPv2w 因此，从孔口流出时，它的实际流速和出流方向不只取决于静压产生的流速和方向，还受管内流速的影响，如图所示。在管内流速的影响下，孔口出流方向要发生偏斜，实际流速为合成流速，可用下列各式计算有关

15、数值： 孔口出流方向： 孔口出流与风管轴线间的夹角（出流角）为 孔口实际流速： 孔口流出流量： L0=3600.f.v 6-24式中 孔口的流量系数；F孔口在气流垂直方向上的投影面积，m2，由图6-12可知： f=f0sin=f0vj/v f0 孔口面积，m2。djdjPPvvtgsinvjv式6-24可改写为：L0=3600.f0.sin.v=3600.f0.vj=3600.f0. 6-25 空气在孔口面积f0上的平均流速v0，按定义和式25得： v0 =L0/3600f0= .vj 6-26 jP2w 分析公式25可以看出，要实现均匀送风，可采取以下措施：w 二、实现均匀送风的基本条件 从

16、公式25可以看出，对侧孔面积f0保持不变的均匀送风管，要使各侧孔的送风量保持相等，必须保证各侧孔的静压Pj和流量系数相等；要使出口气流尽量保持垂直，要求出流角接近90。下面分析如何实现上述要求。 1、保持各侧孔静压相等 在图15所示管道上断面1、2的能量方程式：Pj1+Pd1= Pj2+Pd2 +（Rl+Z）1-2 6-27若 Pd1- Pd2 = （Rl+Z）1-2 则 Pj1= Pj2 这说明，两侧孔间静压保持相等的条件是两侧孔间的动压降等于两侧孔间的阻力。 2、保持各侧孔流量系数相等 流量系数与孔口形状、出流角及孔口流出风量与孔口前风量之比（即L0/L= , 称为孔口的相对流量）有关。如

17、图6-16所示，在60、 =0.10.5范围内，对于锐边的孔口可近似认为0.6常数。 3、增大出流角 风管中的静压与动压之比值越大，气流在孔口的出流角也就越大，出流方向接近垂直；比值减小，气流会向一个方向偏斜，这是即使各侧孔风量相等，也达不到均匀送风的目的。要保持60，必须使Pj/Pd3(vj/vd1.73)。在要求高的工程，为了使空气出流方向垂直管道侧壁，可在孔口处装置垂直于侧壁的挡板，或把孔口改为短管。0L0L0L三、侧孔送风时的通路（直通部分）局部阻力系数和侧孔局部阻力系数（或流量系数） 通常把侧孔送风的均匀送风管看作是支管长度为零的三通，当空气从侧孔送出时，产生两部分局部阻力，即直通部

18、分的局部阻力和侧孔出流时的局部阻力。 直通部分的局部阻力系数可由表6-6查出，表中数据由实验求得，表中值对应侧孔前的管内动压。 从侧孔或条缝口出流时，孔口的流量系数可近似取0.60.65四、均匀送风管道的计算方法 先确定侧孔个数、侧孔间距及每个侧孔的送风量，然后计算出侧孔面积、送风管道直径及管道的阻力。 一、一、系统的划分原则（系统的划分原则（见课本P164）1、可合为一个系统的；2、应单独设置排风系统的；3、除尘系统的划分应符合下列要求： （1）（2）（3） （4）在同一工序中如有多台并列设备，不宜划为同一系统，因它们不一定同时工作。二、二、风管布置风管布置 1、除尘系统的排风点不宜过多。

19、2、除尘风管应尽可能垂直或倾斜敷设。 3、输送潮湿空气时，需防止水蒸气在管道或袋式除尘器内凝结，管道应进行保温。管内壁温度应高于气体露点温度1020。 4、为防止风管堵塞，除尘风管直径不宜小于一定数值。 5、排除含有剧毒、易燃、易爆物质的排风管，其正压管段一般不应穿过其他房间。 穿过其他房间时，该段管道上不应设法兰或阀门。 6、应设置必要的调节和测量装置或预留安装测量装置的接口。 7、风管的布置应力求短而直并避免复杂的局部管件。 8、除尘器宜布置在除尘系统的风机吸入段，如布置在风机的压出段，应选用排尘风机。 w三、三、排风口排风口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

20、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之上。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，为防止雨水进入风管，可按图制作。四、四、通风系统的防火及防爆通风系统的防火及防爆1、防火：详见空调系统。2、防爆 视爆炸原因的不同分为物理性爆炸和化学性爆炸两种。 引起可燃混合物爆炸的基本条件为： （1）可燃物浓度在爆炸极限内 （2）可燃物温度高于着火点或燃点 防爆最简单的方法是避免高温、明火及静电火花。五、五、管道的防腐、泄水和保温管道的防腐、泄水和保温1、防腐 （1）遭受气体侵蚀的构件，均需刷防腐涂料。 （2）采用镀锌钢板作风道。 （3）排除强烈腐蚀

21、性气体时，最好采用聚氯乙烯塑料风道和塑料风机。 2、泄水 （1）沿流动方向将风道作成不小于0.005的坡度，在风道最低点设水封管将水排至下水道。 （2）在通风机机壳底部装一带有水封的排水管。3、保温 （1）何时保温：能量损失大、结露、烫伤。 （2）保温材料：0.12w/（m）的材料。（3）保温层厚度： 要根据保温目的计算出经济厚度，再按其他要求来校核。（4）保温层结构： 1）防腐层 ； 2）保温层 ； 3）防潮层 ； 4）保护层。 气力输送是利用气流输送物料的一种输送方式，同时它也是一种有效的粉尘措施；近年来，车间内部和外部的粉（粒）状物料输送如 水泥、粮食、煤粉、型砂、烟丝等已广泛采用气力输

22、送。一、气力输送系统的特点 一般气力输送系统，按其装置的形式和工作特点可分为吸送式、压送式、混合式和循环式四类。根据系统工作压力的不同，吸送式系统可分为低真空吸送和高真空吸送两种；压送式系统也可分为低压和高压压送式系统两种。1、吸送式系统 低压吸送式系统如下图所示。风机启动后，系统内形成负压，物料和空气一起被吸入受料器沿输料管送至分离器（设在卸料目的地）。分离器分离下来的物料存入料仓，含尘空气则经除尘器净化后再通过风机排入大气。w 低压吸送式系统结构简单、使用维修方便，应用广泛。由于输送能量小，它的输送距离和输料量有一定限制。 吸送式气力输送系统有以下的特点：1）适用于数处进料向一处输送，或输

23、送位于低处的物料。2）进料方便，受料器构造简单。3）风机或真空泵的润滑油不会污损物料。4）对整个系统以及分离器下部卸料器的气密性有较高要求。2、压送式系统 压送式系统分为以风机为动力的低压压送式和以压缩空气为动力的高压压送式系统。w 低压压送式系统如下图所示。 压送式系统适宜用作将集中的物料向几处分配的物料分配系统如卷烟厂卷烟机用的烟丝风送系统。w 二、气力输送系统的管道阻力计算w 在气力输送系统中，由气流带动粉（粒）状物料一起流动，这种气流称为气固两相流。由于存在物料的运动，两相流的流动阻力要比单相气流大，为简化计算，进行气力输送系统的管道阻力计算时，可以近似把两相流的流动阻力看作是单相气流的阻力与物料颗粒运动引起的附加阻力之和。1、受料器的阻力式中1料气比，kg/kg； v输送风速，m/s； 空气的密度，2211vCPC与受料器构造有关的系数，通过试验求得，可采用下列数据： 水平型受料器 C=1.11.2； 各种吸嘴 C=3.05.0。 料气比1亦称 混合比，是单位时间内通过输料管的物料量与空气量的比值，所以也称料气流浓度，以下式表示： 1=G1/G=G1/（L）kg（物料）/kg(空气) 料气比的大小关系到系统工作的经济性、可靠性和输料量的大小。料气比大，所需输送风量小，因而管道、设备小，动力消耗少，在相同的输送风量下输料量大。设计气力