通风系统管道设计计算培训讲义三

8.0概述8.1风管内气体流动的流态和阻力8.2风管内的压力分布8.3通风管道的水力计算8.4均匀送风管道设计计算8.5通风管道设计中的常见问题及其处理措施8.6气力输送系统的管道设计计算第8章通风管道系统的设计计算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送到室外的管道。8.0概述分类：包括通风除尘管道、空调管道等。作用：把通风进风口、空气的热、湿及净化处理设备、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。2通风除尘管道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，经净化处理达到规定的排放标准后，通过风帽5排到室外大气中。3空调送风系统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4输送并分配到各送风口5，由风口送入室内。48.1风管内气体流动的流态和阻力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中流动时的流动状态，又是计算风道摩擦阻力系数的基本参数。在通风与空调工程中，雷诺数通常用右式表示：8.1.2风管内空气流动的阻力产生阻力的原因：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。阻力的分类：摩擦阻力或沿程阻力；局部阻力51沿程阻力空气在任意横断面形状不变的管道中流动时，根据流体力学原理，它的沿程阻力可以按下式确定：对于圆形截面风管，其阻力由下式计算：单位长度的摩擦阻力又称比摩阻。对于圆形风管，由上式可知其比摩阻为：（8-5）（1）圆形风管的沿程阻力计算6摩擦阻力系数λ与管内流态和风管管壁的粗糙度K/D有关图8-1摩擦阻力系数λ随雷诺数和相对粗糙度的变化1沿程阻力7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，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：为了避免繁琐的计算，可根据公式（8-5）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）1沿程阻力8附录4通风管道单位长度摩擦阻力线算图9需要说明的是，附录4的线算图是是按过渡区的值，在压力B0=101.3kPa、温度t0=200C、空气密度0=1.24kg/m3、运动粘度=15.06×10-6m2/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。当实际条件与上述不符时，应进行修正。1）密度和粘度的修正2）空气温度和大气压力的修正3）管壁粗糙度的修正1沿程阻力10有一通风系统，采用薄钢板圆形风管（K=0.15mm），已知风量L＝3600m2/h（1m3/s）。管径D＝300mm，空气温度t＝30℃。求风管管内空气流速和单位长度摩擦阻力。=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112.矩形风管的沿程阻力计算《全国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。（1）流速当量直径（2）流量当量直径12[解]矩道风道内空气流速

1）根据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。[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粗糙度修正系数[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）用流量当量直径求矩形风管单位长度摩擦阻力。

矩形风道的流量当量直径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：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5中列出了部分常见管件的局部阻力系数。16局部阻力在通风、空调系统中占有较大的比例，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。减小局部阻力的措施（1）渐扩管和渐缩管几种常见的局部阻力产生的类型：１、突变２、渐变

17３、转弯处

４、分岔与会合θ2θ3123１３２θ1θ2减小局部阻力的措施18（2）三通图8-4三通支管和干管的连接19（3）弯管图8-佳5圆形风普管弯头图8-6矩形辞风管喇弯头图8-7设有导灿流片的恐直角弯陕头（4）管隶道进出屑口图8-8风管游进出鞭口阻签力20（5）管塑道和风纪机的连兼接图8-9风机当进出差口管越道连掠接218.2风管内内的压力猎分布8.甘2.心1动压斯、静跨压和贞全压空气在姻风管中简流动时漠，由于陪风管阻柳力和流积速变化号，空气筋的压力陪是不断便变化的劲。研究气风管内钩压力的消分布规剩律，有少助于我鞋们正确踢设计通岸风和空删调系统趁并使之恋经济合理理、安豆全可靠澡的运行仙。分析闪的原卵理是败风流予的能谨量方盾程和渐静压扩、动省压与向全压扁的关掀系式赔。动压(Pd):指空气喇流动时猪产生的肝压力，边只要风扮管内空达气流动滋就具有伯一定的懂动压，坐其值永挑远是正芬的。静压(Pj):由于空珠气分子痰不规则蛮运动而符撞击于良管壁上朱产生的撤压力称胜为静压磁。计算时字，以绝冒对真空论为计算页零点的归静压称肠为绝对冰静压。慎以大气搬压力为皆零点的虽静压称释为相对牵静压。拳空调中申的空气移静压均倘指相对笑静压。静压硬高于葵大气用压时男为正蚀值，威低于丈大气桌压时信为负浅值。228.2风管废内的妖压力页分布全压(Pq)

:全压敞是静灭压和苏动压左的代读数和扩：Pq＝Pj十Pd全压米代表l吨m3气体烂所具害有的弹总能魂量。近若以逐大气捧压为患计算冶的起蹈点，小它可赤以是常正值枕，亦穴可以伸是负形值。Z2Z112根据能价量守恒撑定律，吓可以写踢出空气忘在管道扎内流动兽时不同宗断面间挡的能量抱方程（牢伯努利垃方程）亲。我们可杨以利用重上式对早任一通垄风空调尤系统的手压力分选布进行证分析238.2犬.2风管内帮空气压赢力的分偏布把一巴套通竹风除徒尘系捞统内鸭气流禁的动坏压、烦静压疤和全段压的金变化徒表示遇在以蔬相对歇压力皮为纵患坐标支的坐忘标图阀上，烈就称效为通压风除财尘系杯统的始压力邀分布我图。设有印图8-零10所示香的通茄风系核统，医空气去进出捐口都默有局质部阻动力。恼分析询该系骡统风狐管内裂的压限力分眠布。248.3通风矮管道壶的水见力计进算8.3昏.1风道悠设计娘的内允容及晨原则风道的械水力计谦算分设计梯计算和校核计才算两类。风道刑设计含时必等须遵圣循以断下的熟原则达：（1）系统陈要简洁失、灵活衣、可靠荷；便于龄安装、举调节、缺控制与恳维修。（2）断面缴尺寸要报标准化暗。（3）断面虏形状要求与建筑被结构相墨配合，蜜使其完冈美统一洒。8.3侨.2风道驻设计湾的方乐法管水巨力计希算方桌法有贫假定卵流速稻法、谊压损假平均伏法和暴静压渗复得塘法等晕几种筐，目索前常丈用的近是假啦定流蜂速法竟。258.3牺.3风道巩设计臣的步域骤下面以理假定流券速法为顺例介绍池风管水耐力计算醒的步骤山。（1）绘无制通跌风或择空调柿系统葛轴测披图（2）确傻定合炒理的剃空气嫁流速（3）根据刑各管段端的风量很和选择锻的流速拘确定各蜘管段的五断面尺伤寸，计临算最不攀利环路醉的摩擦若阻力和富局部阻课力（4）并捡联管任路的红阻力断计算（5）计召算系纯统的黑总阻把力（6）选山择风泻机267l=3.宴7m风机8l=1听2m654321910L=5右500淘m3/跨hL=难27轻00想m3士/hL=荣26泊50坑m3认/hl=4.量2ml=5聋.5致ml=5势.5雀ml=6擦.2铅m通风除翼尘系统把的系统曲图[例8-撕3]l=5.遇4m除尘器图8-1广1所示为理某车间洋的振动愁筛除尘迈系统。阿采用矩它形伞形画排风罩叉排尘，协风管用诉钢板制钻作（粗饺糙度K＝0.1樱5mm），窗输送贞含有猪铁矿徒粉尘爬的含瓦尘气仿体，仙气体疮温度岭为20℃。该系氏统采用CLS好Φ80律0型水何膜除牲尘器壮，除牵尘器库含尘盛气流蚁进口勇尺寸纠为318趋mm×棕552坝mm，除尘形器阻力90蛮0Pa。对澡该系场统进御行水宰力计仓算，恰确定重该系煌统的示风管略断面距尺寸棚和阻查力并得选择查风机拘。272829303132333435363738398.靠4均匀泄送风秧管道膏设计首计算在通风伞、空调喇、冷库险、烘房筑及气幕鲁装置中畏，常常根要求把滑等量的剖空气经绵由风道倘侧壁（栽开有条钩缝、孔捏口或短谋管）均叔匀的输码送到各携个空间态，以达勿到空间窑内均匀莲的空气舱分布。启这种送无风方式间称为均躺匀送风铜。均匀送余风管道碎通常有监以下几引种形式雪：（1）条换缝宽饿度或鸦孔口股面积倚变化汤，风启道断纸面不偶变，萌如图8-仍14所示枣。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拦口吹出吐和吸入倦的速度窜分布40（2）风道玩断面变售化，条柏缝宽度肤或孔口珍面积不齐变，如角图8-像15所示凶。图8-1羡5风道礼断面F变化死，孔约口流杆量系栋数及孔口超面积差不变的找均匀送穷风（3）风倍道断店面、剥条缝纠宽度跪或孔障口面缝积都息不变环，如孩图8-棵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.感4均匀稠送风萄管道婚设计脱计算418.皱4.沙1均匀灰送风逆管道框的设山计原汉理风管徐内流舌动的客空气烤，在责管壁测的垂粒直方客向受洲到气织流静麻压作临用，左如果情在管罪的侧念壁开浊孔，怖由于慨孔口纳内外梁静压宋差的说作用仆，空搬气会抱在垂吉直管络壁方浑向从狂孔口钢流出鲁。但惨由于竭受到绿原有荒管内谢轴向辩流速宫的影肉响，葱其孔落口出核流方索向并妨非垂胜直于靠管壁樱，而粥是以毒合成济速度似沿风迫管轴栽线成晃角裤的方侦向流踏出，允如图8-喝17所示。ff0vjvdvf0图8-蒜17孔口臭出流访状态桑图421.出流叫的实僵际流杂速和跌流向静压差嫌产生的河流速为浴：空气祥从孔旦口出要流时般，它幼的实下际流说速和丧出流无方向屋不仅肤取决提于静开压产从生的掏流速菊大小经和方挥向，艰还受慌管内赢流速患的影插响。书孔口怜出流惠的实巨际速闯度为铲二者芬的合熟成速沾度。炭速度员的大误小为客：利用速巴度四边卷形对角陵线法则限，实际奥流速通的方向艺与风道挥轴线方浩向产的港夹角（展出流角怜）为空气分在风牢管内品的轴释向流范速为山：8.4苗.1均匀蓝送风利管道房诚的设余计原嗓理432.孔口劫出流追的风良量对于它孔口燃出流浸，流连量可甜表示躲成：孔口福处平寨均流芬速：8.4事.1均匀送弱风管道效的设计简原理443.实现秤均匀言送风需的条手件要实猎现均输匀送佛风需勒要满甩足下台面两菌个基谁本要纺求：1）各侧采孔或短样管的出殖流风量往相等；2）出贝口气党流尽矮量与档管道茧侧壁阀垂直牺，否漂则尽粘管风诸量相红等也博不会弦均匀航。从式奶（8-3趟4）可以蛛看出，钟对侧孔美面积恳保持不椅变的均混匀送风勒管道，邻要使各敞侧孔的闭送风量订保持相返等，必塔需保证掀各侧孔罗的静压马和流酿量系数病相等猪；要使疼出口气贤流尽量挖保持垂题直，要隐求出流夺角败接宿近90拌°。下面具缺体分析夕各项措截施。如图8-1惯8所示庙有两英个侧深孔，目根据锻流体烂力学蒸原理由可知刘，断毅面1处的返全压粮应等毒于断横面2处的全蛛压较加凉上断面1-2间的例阻力秧，即（1）保持悼各侧孔规静压相贝等45由此说挣明，欲艺使两个状侧孔静狡压相等服，就必杨须有也就是泉说，若资能使两疲个侧孔贺的动压牌降等于院两侧孔悬间的风邮管阻力凡，两侧举孔处的代静压就踩保持相已等。图8-宇18侧孔贡出流胜状态秤图46（2）保如持各征侧孔殃流量洋系数班相等=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8-2巡寿0侧孔寸气流府出流素方向说与送昨风均品匀性478.饺4.剖2均匀送施风管道且的计算均匀府送风款管道显计算赚的目彼的是只确定沟侧孔扎的个概数、帅间距棚、面纪积及稠出风比量，物风管踏断面江尺寸失和均敬匀送志风管避段的伏阻力秤。均匀证送风父管道泉计算准和一终般送夏风管愈道计睬算相戴似，准只是姻在计启算侧霸孔送露风时煮的局请部阻师力系核数时光需要裂注意饰。侧妥孔送望风管右道可投以认必为是词支管陡长度殖为零译的三坡通。偏当空铲气从夏侧孔脆出流帐时产迟生两会种局央部阻像力，蹲即直承通部建分的侮局部烧阻力行和侧娱孔局挂部阻快力。直通部分的局部阻力系数可以按布达柯夫提出的公式确定也可以由表8-7查出。侧孔的摆局部阻呈力系数可以剪由塔巡寿利耶臂夫的恋试验锡数据拍（表8-朋8）确定经，也可秒以按下饿式计算488.贵5通风