第六章 通风管道的设计计算(2)

1、通风管道的设计计算 通风管道计算有两个基本的任务通风管道计算有两个基本的任务, , 上是确定上是确定管道的阻力管道的阻力, , 以确定通风除尘系统所需的风以确定通风除尘系统所需的风机性能机性能; ; 二是确定管道的尺寸二是确定管道的尺寸( (直径直径). ). 管道管道设计的合理与否直接影响系统的投资费用和设计的合理与否直接影响系统的投资费用和运行费用。运行费用。 一一. . 管道压力计算管道压力计算 ( (一一) ) 管道的阻力计算管道的阻力计算 管道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力管道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力. . 摩擦摩擦阻力由空气的粘性力及空气与管壁之间的摩阻力由空气的粘性力及空气与管

2、壁之间的摩擦作用产生擦作用产生, , 它发生在整个管道的沿程上它发生在整个管道的沿程上, , 因此也称为沿程阻力。因此也称为沿程阻力。 通风管道的设计计算 管道的阻力计算管道的阻力计算 局部阻力则是空气通过管道的转弯局部阻力则是空气通过管道的转弯, , 断面变断面变化化, , 连接部件等处时连接部件等处时, , 由于涡流、冲击作用由于涡流、冲击作用产生的能量损失产生的能量损失. . 1. 1. 摩擦阻力摩擦阻力 管道的摩擦阻力采用下式计算管道的摩擦阻力采用下式计算: : Pm=Pm=(L/De)(L/De)UU2 2/2/2 式中式中Pm-Pm-摩擦阻力摩擦阻力, , Pa;Pa; - -摩擦

3、阻力系数摩擦阻力系数, , 其值与流态有关其值与流态有关; ; L- L-管道长度管道长度, , m;m;通风管道的设计计算 管道的阻力计算管道的阻力计算 1. 1. 摩擦阻力摩擦阻力 管道的摩擦阻力采用下式计算管道的摩擦阻力采用下式计算: : Pm=Pm=(L/De)(L/De)UU2 2/2/2 式中式中Pm-Pm-摩擦阻力摩擦阻力, , Pa;Pa; - -摩擦阻力系数摩擦阻力系数, , 其值与流态有关其值与流态有关; ; L- L-管道长度管道长度, , m;m; - -空气密度空气密度, , Kg/m3;Kg/m3; U- U-管内平均流速管内平均流速, , m/s;m/s; De-

4、 De-风管的当量直径风管的当量直径, , m.m.通风管道的设计计算 当量直径：当量直径： De= 4De= 4f/Pf/P 式中式中f-f-管道的断面积管道的断面积, , m2;m2; P- P-管道的周长管道的周长, , m.m. 对于圆管对于圆管, , 当量直径即为管道的直径当量直径即为管道的直径. . 对对于矩形管于矩形管, , 通常采用两种当量直径通常采用两种当量直径, ,即流速当即流速当量直径和流量当量直径量直径和流量当量直径. . 流速当量直径是假流速当量直径是假设当量管道的流速与矩形管的流速相等设当量管道的流速与矩形管的流速相等, , 并并且单位长度的摩擦阻力也相等且单位长度

5、的摩擦阻力也相等. . 由此推得流由此推得流速当量直径为速当量直径为: : De=2ab/(a+b)De=2ab/(a+b) a,ba,b为矩形管断面的长为矩形管断面的长, , 宽边尺寸宽边尺寸. .通风管道的设计计算 流量当量直径是假设等效圆管的流量与矩形流量当量直径是假设等效圆管的流量与矩形管的流量相等管的流量相等, , 并且单位长度的摩擦阻力也并且单位长度的摩擦阻力也相等相等. . 由此推得流量当量直径为由此推得流量当量直径为: : 实际计算中多采用流速当量直径实际计算中多采用流速当量直径. . 在实际设计计算中在实际设计计算中, , 一般将上述摩擦阻力计一般将上述摩擦阻力计算式作一定的

6、变换算式作一定的变换, , 使其变为更直观的表达使其变为更直观的表达式式. . 目前有如下两种变换方式目前有如下两种变换方式: :53313.1babaD通风管道的设计计算 (1) (1) 比摩阻法比摩阻法: : 令令 RmRm=(/De)=(/De)UU2 2/2/2 称称RmRm为比摩阻为比摩阻, Pa/m, , Pa/m, 其意义是单位长其意义是单位长度管道的摩擦阻力度管道的摩擦阻力. . 这样摩擦阻力计算式则这样摩擦阻力计算式则变换成下列表达式变换成下列表达式: : Pm=RmPm=RmL L 为了便于工程设计计算为了便于工程设计计算, , 人们对人们对RmRm的确定的确定已作出了线解

7、图已作出了线解图, , 设计时只需根据管内风量、设计时只需根据管内风量、管径和管壁粗糙度由线解图上即可查出管径和管壁粗糙度由线解图上即可查出RmRm值值, , 这样就很容易由上式算出摩擦阻力这样就很容易由上式算出摩擦阻力. . 通风管道的设计计算 (2) (2) 综合摩擦阻力系数法综合摩擦阻力系数法: : 管内风速管内风速U=L/f, U=L/f, L L为管内风量为管内风量, f, f为管道断面积为管道断面积. . 将将U U代入摩擦代入摩擦阻力计算式阻力计算式Pm=Pm=(L/De)(L/De)UU2 2/2/2后后, , 令令 Km=Km=(L/De)(L/De)/2f/2f2 2 则摩

8、擦阻力计算式变换为下列表达式则摩擦阻力计算式变换为下列表达式: : Pm=KmPm=KmL L2 2 称称KmKm为综合摩擦阻力系数为综合摩擦阻力系数, , N NS S2 2/m/m8 8. . 采用采用 Pm=KmPm=KmL L2 2 计算式更便于管道系统的分计算式更便于管道系统的分析及风机的选择析及风机的选择, , 因此在管网系统运行分析因此在管网系统运行分析与调节计算时与调节计算时, , 多采用该计算式多采用该计算式. .通风管道的设计计算 管道摩擦阻力受多种因素的影响管道摩擦阻力受多种因素的影响, , 在设在设计计算时应考虑这些因素计计算时应考虑这些因素. . 主要影响因主要影响因

9、素有素有: : 管壁的粗糙度和空气温度管壁的粗糙度和空气温度. . 粗糙粗糙度越大度越大, , 摩擦阻力系数摩擦阻力系数值越大值越大, , 摩擦摩擦阻力越大阻力越大. . 温度影响空气密度和粘度温度影响空气密度和粘度, , 因而影响比摩阻因而影响比摩阻RmRm. . 温度上升温度上升, , 比摩阻比摩阻RmRm下降下降. . 线解图上查得的线解图上查得的RmRm是是2020时的时的数值数值, , 实际计算应根据具体温度进行修实际计算应根据具体温度进行修正正. .通风管道的设计计算 2. 2. 局部阻力局部阻力 局部阻力计算式为局部阻力计算式为: : Z=Z=UU2 2/2 Pa/2 Pa 其中

10、其中为局部阻力系数为局部阻力系数, , 根据不同的构件查根据不同的构件查表获得表获得. . 在通风除尘管网中在通风除尘管网中, , 连接部件很多连接部件很多, , 因此局因此局部阻力较大部阻力较大, , 为了减少系统运行的能耗为了减少系统运行的能耗, , 在在设计管网系统时设计管网系统时, , 应尽可能降低管网的局部应尽可能降低管网的局部阻力阻力. . 降低管网的局部阻力可采取以下措施降低管网的局部阻力可采取以下措施: : (1) (1) 避免风管断面的突然变化避免风管断面的突然变化; ;通风管道的设计计算 2. 2. 局部阻力局部阻力 (2) (2) 减少风管的转弯数量减少风管的转弯数量,

11、, 尽可能增大转弯尽可能增大转弯半径半径; ; (3) (3) 三通汇流要防止出现引射现象三通汇流要防止出现引射现象, , 尽可能尽可能做到各分支管内流速相等做到各分支管内流速相等. . 分支管道中心线分支管道中心线夹角要尽可能小夹角要尽可能小, , 一般要求不大于一般要求不大于3030; ; (4) (4) 降低排风口的出口流速降低排风口的出口流速, , 减少出口的动减少出口的动压损失压损失; ; (5) (5) 通风系统各部件及设备之间的连接要合通风系统各部件及设备之间的连接要合理理, , 风管布置要合理风管布置要合理. .通风管道的设计计算 ( (二二) ) 管内压力分布管内压力分布 分

12、析管内压力分布的目的是了解管内压力的分布规分析管内压力分布的目的是了解管内压力的分布规律律, , 为管网系统的设计和运行管理提供依据为管网系统的设计和运行管理提供依据. . 分析分析的原理是风流的能量方程和静压、动压与全压的关的原理是风流的能量方程和静压、动压与全压的关系式系式. . 在通风风流基本理论一章中已作分析。主要结论：在通风风流基本理论一章中已作分析。主要结论： (1) (1) 风机的风压等于风管的阻力和出口动压损失之风机的风压等于风管的阻力和出口动压损失之和和; ; (2) (2) 风机吸入段的全压和静压都是负值风机吸入段的全压和静压都是负值, , 风机入口风机入口处的负压最大处的

13、负压最大; ; 风机压出段的全压和静压都是正值风机压出段的全压和静压都是正值, , 在出口处正压最大在出口处正压最大; ; (3) (3) 各分支管道的压力自动平衡各分支管道的压力自动平衡. .通风管道的设计计算 ( (一一) ) 管道直径的计算管道直径的计算 在计算管道直径时在计算管道直径时, , 应满足以下约束条件应满足以下约束条件: : (1) (1) 管内流速的要求管内流速的要求: : 对于除尘管道对于除尘管道, , 为了为了防止粉尘沉积管壁上防止粉尘沉积管壁上, , 管内流速要大于一定管内流速要大于一定的数值的数值, , 即即UUmin, UminUUmin, Umin为防止粉尘沉积

14、的为防止粉尘沉积的最小风速最小风速. . 对非除尘管网可不受这个条件的对非除尘管网可不受这个条件的约束约束. . (2) (2) 阻力平衡要求阻力平衡要求: : 要使各分支的风量满足要使各分支的风量满足设计要求设计要求, , 各分支的阻力必须平衡各分支的阻力必须平衡. . 如果设如果设计的阻力不平衡就应进行调节计的阻力不平衡就应进行调节. .通风管道的设计计算 ( (一一) ) 管道直径的计算管道直径的计算 (3) (3) 管道投资费用和运行费用的合理性管道投资费用和运行费用的合理性: : 管管道直径增大道直径增大, , 阻力减少阻力减少, , 运行费用降低运行费用降低, , 但但阻力增大阻力

15、增大, , 运行费用也增大运行费用也增大. . 因此因此, , 管径的管径的合理性应表现在管道投资费用与运行费用总合理性应表现在管道投资费用与运行费用总和最小和最小. . 设计时设计时, , 要使确定的管径完全满足上述约束要使确定的管径完全满足上述约束条件是很困难的条件是很困难的, , 因此人们提出了各种计算因此人们提出了各种计算方法方法, , 常用的有以下几种方法：常用的有以下几种方法：通风管道的设计计算 1. 1. 假定流速法假定流速法 其原理是取管内流速等于最小风速或经济风其原理是取管内流速等于最小风速或经济风速速, , 根据管内的流量根据管内的流量LiLi即可得管径即可得管径DiDi为

16、为: : Di= 4Li/(VminDi= 4Li/(Vmin) ) 采用假定流速法求出的各分支阻力一般不平采用假定流速法求出的各分支阻力一般不平衡需进行阻力平衡调节衡需进行阻力平衡调节. . 假定流速法的计算假定流速法的计算步骤如下步骤如下: : (1) (1) 绘制通风系统轴侧图绘制通风系统轴侧图, , 对各管段先进编对各管段先进编号号, , 标注各管段的长度和风量标注各管段的长度和风量. . (2) (2) 选择管内合理的空气流速选择管内合理的空气流速. .通风管道的设计计算 1. 1. 假定流速法假定流速法 (3) (3) 根据各管段的风量和选定的流速确定各管段的根据各管段的风量和选定

17、的流速确定各管段的管径管径, , 并计算各管段的摩擦阻力和局部阻力并计算各管段的摩擦阻力和局部阻力. . (4) (4) 对并联管路进行阻力平衡调节对并联管路进行阻力平衡调节. . (5) (5) 计算系统的总阻力计算系统的总阻力, , 并根据总阻力和总风量选并根据总阻力和总风量选择风机择风机. . 2. 2. 等压损法等压损法 该法的原理是该法的原理是, , 假设风机的风压假设风机的风压H H为已知为已知, , 各管段单各管段单位长度的压力损失相等位长度的压力损失相等, , 由此而求出各分支的管径由此而求出各分支的管径. . 这种方法计算结果也很难满足阻力平衡要求这种方法计算结果也很难满足阻

18、力平衡要求, , 因此因此也需要进行阻力平衡调节也需要进行阻力平衡调节. .通风管道的设计计算 3. 静压复得法：该法原理是在管道的分支处静压复得法：该法原理是在管道的分支处, , 由于分流使流速降低由于分流使流速降低, , 根据静压与动压的转根据静压与动压的转换原理换原理, , 流速降低流速降低, , 使风管分支处复得一定使风管分支处复得一定的静压的静压, , 令此复得静压等于该管段的阻力令此复得静压等于该管段的阻力. .由由此即可求得管道的直径此即可求得管道的直径. . 此法主要用于高风此法主要用于高风速管网的计算速管网的计算. . 4. 4. 优化设计法：该法的原理是以管道投资费优化设计

19、法：该法的原理是以管道投资费用与运行费用总和最低作为目标函数而获得用与运行费用总和最低作为目标函数而获得管道直径管道直径. . 这种方法是管网设计计算中的新这种方法是管网设计计算中的新理论理论, , 它对于降低通风系统的能耗它对于降低通风系统的能耗, , 提高管提高管网风平衡精度具有重要的意义网风平衡精度具有重要的意义. .通风管道的设计计算 均匀送风管道的计算均匀送风管道的计算 要求送风管道从风管侧壁上的若干风口要求送风管道从风管侧壁上的若干风口( (或短或短管管), ), 以相同的出口速度以相同的出口速度, , 均匀地把等量的空均匀地把等量的空气送入室内气送入室内, , 这种送风管道称为均匀送风管这种送风管道称为均匀送风管道道. . 均匀送风管道的构造有两种形式均匀送风管道的构造有两种形式, , 一种一种是均匀送风管道的断面变化是均匀送风管道的断面变化( (即断面逐渐缩小即断面逐渐缩小) )而侧