通风管道系统的设计计算60

8.0概述8.1风管内内气体体流动动的流流态和和阻力力8.2风管内内的压压力分分布8.3通风管管道的的水力力计算算8.4均匀送送风管管道设设计计计算8.5通风管管道设设计中中的常常见问问题及及其处处理措措施8.6气力输输送系系统的的管道道设计计计算算第8章通风风管道道系统统的设设计计计算1定义：：把符合合卫生生标准准的新新鲜空空气输输送到到室内内各需需要地地点，，把室室内局局部地地区或或设备备散发发的污污浊、、有害害气体体直接接排送送到室室外或或经净净化处处理后后排送送到室室外的的管道道。8.0概述述分类：：包括通通风除除尘管管道、、空调调管道道等。。作用：：把通风风进风风口、、空气气的热热、湿湿及净净化处处理设设备、、送(排)风口、、部件件和风风机连连成一一个整整体，，使之之有效效运转转。设计内内容：：风管及及其部部件的的布置置；管管径的的确定定；管管内气气体流流动时时能量量损耗耗的计计算；；风机机和电电动机机功率率的选选择。。设计目目标：：在满足足工艺艺设计计要求求和保保证使使用效效果的的前提提下，，合理理地组组织空空气流流动，，使系系统的的初投投资和和日常常运行行维护护费用用最优优。2通风除除尘管管道4风机1排风罩5风帽1排风罩2风管有害气体室外大气3净化设备如图，，在风风机4的动力力作用用下，，排风风罩（（或排排风口口）1将室内内污染染空气气吸入入，经经管道道2送入净化化设备3，经净化化处理达达到规定定的排放放标准后后，通过过风帽5排到室外外大气中中。3空调送风风系统3风机1新风口室外大气2进气处理设备4风管5送风口室内如图，在在风机3的动力作作用下，，室外空空气进入入新风口口1，经进气气处理设设备2处理后达达到卫卫生标准准或工艺艺要求后后，由风风管4输送并分分配到各各送风口口5，由风口口送入室室内。48.1风管内气气体流动动的流态态和阻力力8.1.1两种流态态及其判判别分析析流体在管管道内流流动时，，其流动动状态，，可以分分为层流流、紊流流。雷诺数既既能判别别流体在在风道中中流动时时的流动动状态，，又是计计算风道道摩擦阻阻力系数数的基本本参数。。在通风与与空调工工程中，，雷诺数数通常用用右式表表示：8.1.2风管内空空气流动动的阻力力产生阻力力的原因因：空气在风风管内流流动之所所以产生生阻力是是因为空空气是具具有粘滞滞性的实实际流体体，在运运动过程程中要克克服内部部相对运运动出现现的摩擦擦阻力以以及风管管材料内内表面的的粗糙程程度对气气体的阻阻滞作用用和扰动动作用。。阻力的分分类：摩摩擦阻力力或沿程程阻力；；局部阻阻力51沿程阻力力空气在任任意横断断面形状状不变的的管道中中流动时时，根据据流体力力学原理理，它的的沿程阻阻力可以以按下式式确定：：对于圆形形截面风风管，其其阻力由由下式计计算：单位长度度的摩擦擦阻力又又称比摩摩阻。对对于圆形形风管，，由上式式可知其其比摩阻阻为：（8-5）（1）圆形风风管的沿沿程阻力力计算6摩擦阻力力系数λ与管内流流态和风风管管壁壁的粗糙糙度K/D有关图8-1摩擦阻力力系数λ随雷诺数数和相对对粗糙度度的变化化1沿程阻力力7有关过渡渡区的摩摩擦阻力力系数计计算公式式很多，，一般采采用适用用三个区区的柯氏氏公式来来计算。。它以一一定的实实验资料料作为基基础，美美国、日日本、德德国的一一些暖通通手册中中广泛采采用。我我国编制制的《全国通用用通风管管道计算算表》也采用该该公式：：为了避免免繁琐的的计算，，可根据据公式（（8-5）和式（（8-7）制成各各种形式式的表格格或线算算图。附附录4所示的通通风管道道单位长长度摩擦擦阻力线线算图，，可供计计算管道道阻力时时使用。。运用线线算图或或计算表表，只要要已知流量、管管径、流流速、阻阻力四个参数数中的任意两个个，即可求求得其余两个个参数。（8-7）1沿程阻力力8附录4通风管道道单位长长度摩擦擦阻力线线算图9需要说明明的是，，附录4的线算图图是是按过渡渡区的值，在压压力B0=101.3kPa、温度t0=200C、空气密密度0=1.24kg/m3、运动粘粘度=15.06××10-6m2/s、壁粗糙糙度K=0.15mm、圆形风风管、气气流与管管壁间无无热量交交换等条条件下得得的。当当实际条条件与上上述不符符时，应应进行修修正。1）密度和和粘度的的修正2）空气温温度和大大气压力力的修正正3）管壁粗粗糙度的的修正1沿程阻力力10有一通风风系统，，采用薄薄钢板圆圆形风管管（K=0.15mm），已知知风量L＝3600m2/h（1m3/s）。管径径D＝300mm，空气温温度t＝30℃。求风管管管内空空气流速速和单位位长度摩摩擦阻力力。=0.97解：查附录4，得υ＝14m/s，＝7.68Pa/m查图8-2得，=0.97×7.68Pa/m=7.45Pa/m[例8-1]1沿程阻力力112.矩形风管管的沿程程阻力计计算《全国通用用通风管管道计算算表》和附录4的线算图图是按圆圆形风管管得出的的，在进进行矩形形风管的的摩擦阻阻力计算算时，需需要把矩矩形风管管断面尺尺寸折算算成与之之相当的的圆形风风管直径径，即当量直径径，再由此此求得矩矩形风管管的单位位长度摩摩擦阻力力。所谓“当量直直径”，，就是与矩矩形风管管有相同同单位长长度摩擦擦阻力的的圆形风风管直径径，它有有流速当量量直径和流量当量量直径两种种。（1）流速当当量直径径（2）流量当当量直径径12[解]矩道风道道内空气气流速1）根据矩矩形风管管的流速当量量直径Dv和实际流速速V，求矩形形风管的的单位长长度摩擦擦阻力。。有一表面面光滑的的砖砌风风道（K=3mm），横断面尺尺寸为500mm×400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求单位长长度摩阻阻力。[例8-2]13由V=5m/s、Dv=444mm查图得Rm0=0.62Pa/m2001.00.010.11004004000管径4035180流速3044450.62Rm(Pa/m)空气量m3/s450粗糙度修修正系数数[例8-2]14由L=1m3/S、DL=487mm查图2-3-1得Rm0=0.61Pa/mRm=1.96×0.61=1.2Pa/m2）用流量当量量直径求矩形风风管单位位长度摩摩擦阻力力。矩矩形风道道的流量量当量直直径0.011.02002001.00.010.11004004000管径4035180流速3044750.61RmPa/m空气量m3/s()()()()0.6250.250.6250.251.30.40.51.30.40.50.447LabDabm=+×=+=[例8-2]152局部阻力力一般情况况下，通通风除尘尘、空气气调节和和气力输输送管道道都要安安装一些些诸如断断面变化化的管件件(如各种变变径管、、变形管管、风管管进出口口、阀门门)、流向变变化的管管件（弯弯头）和和流量变变化的管管件(如三通、、四通、、风管的的侧面送送、排风风口)，用以控控制和调调节管内内的气流流流动。。流体经过过这些管管件时，，由于边边壁或流流量的变变化，均均匀流在在这一局局部地区区遭到破破坏，引引起流速速的大小小，方向向或分布布的变化化，或者者气流的的合流与与分流，，使得气气流中出出现涡流流区，由由此产生生了局部部损失。。多数局部部阻力的的计算还还不能从从理论上上解决，，必须借借助于由由实验得得来的经经验公式式或系数数。局部部阻力一一般按下下面公式式确定：：局部阻力力系数也也不能从从理论上上求得，，一般用用实验方方法确定定。在附附录5中列出了了部分常常见管件件的局部部阻力系系数。16局部阻力力在通风风、空调调系统中中占有较较大的比比例，在在设计时时应加以以注意。。减小局局部阻力力的着眼眼点在于于防止或或推迟气气流与壁壁面的分分离，避避免漩涡涡区的产产生或减减小漩涡涡区的大大小和强强度。下下面介绍绍几种常常用的减减小局部部阻力的的措施。。减小局部部阻力的的措施（1）渐扩扩管和渐渐缩管几种常见见的局部部阻力产产生的类类型：１、突变变２、渐变变17３、转弯弯处４、分岔岔与会合合θ2θ3123１３２θ1θ2减小局部部阻力的的措施18（2）三通通图8-4三通支管管和干管管的连接接19（3）弯管图8-5圆形风管管弯头图8-6矩形风管管弯头图8-7设有导流流片的直直角弯头头（4）管道道进出口口图8-8风管进出出口阻力力20（5）管道道和风机机的连接接图8-9风机进出出口管道道连接218.2风管内的的压力分分布8.2.1动压、静静压和全全压空气在风风管中流流动时，，由于风风管阻力力和流速速变化，，空气的的压力是是不断变变化的。。研究风风管内压压力的分分布规律律，有助助于我们们正确设设计通风风和空调调系统并并使之经经济合理理、安全全可靠的的运行。。分析的原原理是风风流的能能量方程程和静压压、动压压与全压压的关系系式。动压(Pd):指空气流流动时产产生的压压力，只只要风管管内空气气流动就就具有一一定的动动压，其其值永远远是正的的。静压(Pj):由于空气气分子不不规则运运动而撞撞击于管管壁上产产生的压压力称为为静压。。计算时，，以绝对对真空为为计算零零点的静静压称为为绝对静静压。以以大气压压力为零零点的静静压称为为相对静静压。空空调中的的空气静静压均指指相对静静压。静压高于于大气压压时为正正值，低低于大气气压时为为负值。228.2风管内的的压力分分布全压(Pq)

:全压是静静压和动动压的代代数和：：Pq＝Pj十Pd全压代表表l

m3气体所具具有的总总能量。。若以大大气压为为计算的的起点，，它可以以是正值值，亦可可以是负负值。Z2Z112根据能量量守恒定定律，可可以写出出空气在在管道内内流动时时不同断断面间的的能量方方程（伯伯努利方方程）。。我们可以以利用上上式对任任一通风风空调系系统的压压力分布布进行分分析238.2.2风管内空空气压力力的分布布把一套通通风除尘尘系统内内气流的的动压、、静压和和全压的的变化表表示在以以相对压压力为纵纵坐标的的坐标图图上，就就称为通通风除尘尘系统的的压力分分布图。。设有图8-10所示的通通风系统统，空气气进出口口都有局局部阻力力。分析析该系统统风管内内的压力力分布。。248.3通风管道道的水力力计算8.3.1风道设计计的内容容及原则则风道的水水力计算算分设计计算算和校核计算算两类。风道设计计时必须须遵循以以下的原原则：（1）系统要要简洁、、灵活、、可靠；；便于安安装、调调节、控控制与维维修。（2）断面尺尺寸要标标准化。。（3）断面形形状要与与建筑结结构相配配合，使使其完美美统一。。8.3.2风道设计计的方法法管水力计计算方法法有假定定流速法法、压损损平均法法和静压压复得法法等几种种，目前前常用的的是假定定流速法法。258.3.3风道设计计的步骤骤下面以假假定流速速法为例例介绍风风管水力力计算的的步骤。。（1）绘制通通风或空空调系统统轴测图图（2）确定合合理的空空气流速速（3）根据各各管段的的风量和和选择的的流速确确定各管管段的断断面尺寸寸，计算算最不利利环路的的摩擦阻阻力和局局部阻力力（4）并联管管路的阻阻力计算算（5）计算系系统的总总阻力（6）选择风风机267l=3.7m风机8l=12m654321910L=5500m3/hL=2700m3/hL=2650m3/hl=4.2ml=5.5ml=5.5ml=6.2m通风除尘尘系统的的系统图图[例8-3]l=5.4m除尘器图8-11所示为某某车间的的振动筛筛除尘系系统。采采用矩形形伞形排排风罩排排尘，风风管用钢钢板制作作（粗糙糙度K＝0.15mm），输送送含有铁铁矿粉尘尘的含尘尘气体，，气体温温度为20℃。该系统统采用CLSΦΦ800型水膜除除尘器，，除尘器器含尘气气流进口口尺寸为为318mm×552mm，除尘器阻阻力900Pa。对该系统统进行水力力计算，确确定该系统统的风管断断面尺寸和和阻力并选选择风机。。272829303132333435363738398.4均匀送风管管道设计计计算在通风、空空调、冷库库、烘房及及气幕装置置中，常常常要求把等等量的空气气经由风道道侧壁（开开有条缝、、孔口或短短管）均匀匀的输送到到各个空间间，以达到到空间内均均匀的空气气分布。这这种送风方方式称为均均匀送风。。均匀送风管管道通常有有以下几种种形式：（1）条缝宽度度或孔口面面积变化，，风道断面面不变，如如图8-14所示。图8-14风道断面F及孔口流量系数不变，孔口面积变化的均匀吸送风吹出吸入从条缝口吹吹出和吸入入的速度分分布40（2）风道断面面变化，条条缝宽度或或孔口面积积不变，如如图8-15所示。图8-15风道断面F变化，孔口口流量系数数及孔口面积积不不变的均均匀送风（3）风道断面面、条缝宽宽度或孔口口面积都不不变，如图图8-16所示。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。8.4均匀送风管管道设计计计算418.4.1均匀送风管管道的设计计原理风管内流动动的空气，，在管壁的的垂直方向向受到气流流静压作用用，如果在在管的侧壁壁开孔，由由于孔口内内外静压差差的作用，，空气会在在垂直管壁壁方向从孔孔口流出。。但由于受受到原有管管内轴向流流速的影响响，其孔口口出流方向向并非垂直直于管壁，，而是以合合成速度沿沿风管轴线线成角角的的方向流出出，如图8-17所示。ff0vjvdvf0图8-17孔口出流状状态图421.出流的实际际流速和流流向静压差产生生的流速为为：空气从孔口口出流时，，它的实际际流速和出出流方向不不仅取决于于静压产生生的流速大大小和方向向，还受管管内流速的的影响。孔孔口出流的的实际速度度为二者的的合成速度度。速度的的大小为：：利用速度四四边形对角角线法则，，实际流速速的的方向与与风道轴线线方向的的夹夹角（出流流角）为空气在风管管内的轴向向流速为：：8.4.1均匀送风管管道的设计计原理432.孔口出流的的风量对于孔口出出流，流量量可表示成成：孔口处平均均流速：8.4.1均匀送风管管道的设计计原理443.实现均匀送送风的条件件要实现均匀匀送风需要要满足下面面两个基本本要求：1）各侧孔或或短管的出出流风量相相等；2）出口气流流尽量与管管道侧壁垂垂直，否则则尽管风量量相等也不不会均匀。。从式（8-34）可以看出出，对侧孔孔面积保保持持不变的均均匀送风管管道，要使使各侧孔的的送风量保保持相等，，必需保证证各侧孔的的静压和和流流量系数相相等；要使使出口气流流尽量保持持垂直，要要求出流角角接接近90°。下面具体分分析各项措措施。如图8-18所示有两个个侧孔，根根据流体力力学原理可可知，断面面1处的全压应应等于断面面2处的全压加加上断面1-2间的阻力，，即（1）保持各侧侧孔静压相相等45由此说明，，欲使两个个侧孔静压压相等，就就必须有也就是说，，若能使两两个侧孔的的动压降等等于两侧孔孔间的风管管阻力，两两侧孔处的的静压就保保持相等。。图8-18侧孔出流状状态图46（2）保持各侧侧孔流量系系数相等=700=600=500=400=9000.40.50.60.70.80.11.00.5图8-19锐边孔口的值（3）增大出流角度风管中静压与动压的比值愈大，气流在侧孔的出流角度也愈大，即出流方向与管壁侧面愈接近垂直（如图8-20（a）所示）。比值愈小，出流就会向风管末端偏斜，难于达到均匀送风的目的（如图8-20（b）所示）。a）b）图8-20侧孔气流出出流方向与与送风均匀匀性478.4.2均匀送风管管道的计算算均匀送风管管道计算的的目的是确确定侧孔的的个数、间间距、面积积及出风量量，风管断断面尺寸和和均匀送风风管段的阻阻力。均匀送风管管道