通风管道系统的设计计算

第一节风管内气体流动的流态和阻力第二节风管内的压力分布第三节通风管道的水力计算第四节通风管道设计中的常见问题及其处理措施第三章防排烟系统的管道计算1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。2第一节管道内气体流动的流态和阻力一、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，雷诺数通常用下式表示：3v——风速（m/s）；D——风道直径或当量直径（m）；—空气的运动粘度（m2/s）。Re＜2000时，流体处于层流状态；2000＜Re＜4000时，流体处于过度区；当雷诺数大于4000时，处于紊流区4二、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：

F——管道的截面积（m2）；X——湿周，对于通风、空调系统即是其管道截面的周长（m）。管道的水力半径λ——摩擦阻力系数6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：（1）圆形风管的沿程阻力计算7摩擦阻力系数λ与管内流态和风管管壁的粗糙度K/D有关图摩擦阻力系数λ随雷诺数和相对粗糙度的变化8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。9附录1通风管道单位长度摩擦阻力线算图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。

10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3）管壁粗糙度的修正Kr----管壁粗糙度修正系数112）空气温度和大气压力的修正温度修正系数

大气压力修正系数

12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。[例6-1]已之流量1m3/s,D=300mm,查附录1得

查图5－2得，K＝0．9713

表6-1管道内表面的粗糙度修正系数Kr

粗

糙

程

度管

壁

材

料

速度/（m/s）5101520特别粗糙金属软管1.71.81.851.9中等粗糙混凝土管1.31.351.351.37特别光塑料管0.920.850.830.80管道材料粗糙度/mm管道材料粗糙度/mm薄钢板、镀锌薄钢板0.15~0.18地面沿墙砌造风道3~6塑料板0.01~0.05混凝土板1~3矿渣1.0表面光滑的砖风道3~4石膏板刚性玻璃纤维0.9墙内砖砌风道5~10铁丝网抹灰风道10~15矿渣混凝土板1.5木板0.2~1.0胶合板1.0铝板0.03竹风道0.8~1.2表6-2各种材料制作的管道内表面的粗糙度142.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151）流速当量直径如果某一圆形管道中的空气流速与矩形管道中的空气流速相等，并且两者的单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形管道的直径就称为此矩形管道的流速当量直径，以表示Dv圆形管道的水力半径矩形管道的水力半径令则即162)流量当量直径如果某一圆形管道中的空气流量与矩形管道的空气流量相等，并且单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形管道的直径就称为此矩形管道的流量当量直径，以DL表示171）用流速当量直径求矩形管道的单位长度摩擦阻力。

矩形管道内空气流速有一薄钢板矩形管道，断面尺寸500mmx320mm，流量0.75m3/s，求单位长度摩擦阻力

[例6-2]

矩形管道的流速当量直径、根据v=4.69m/s，DV=390mm,由附录4查得矩形管道的单位长度摩擦阻力Rm=0.63Pa/m。18由V=4.69m/s、Dv=390mm查图得Rm0=0.63Pa/m2001.00.010.11004004000管径4035180流速3044450.63Rm(Pa/m)空气量m3/s45019根据L=0.75m3/s,DL=434mm,由附录4查得RM=0.63Pa/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3044750.63RmPa/m空气量m3/s202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。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。21当空气流过断面变化的管件(如各种变径管、管道进出口、阀门)、流向变化的管件（弯头)和流量变化的管件(如三通、四通、管道的侧面送、吸风口)都会产生局部阻力

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

式中——局部阻力系数。

22（1）渐扩管和渐扩管几种常见的局部阻力产生的类型：１、突变２、渐变

23３、转弯处

４、分岔与会合θ2θ3123１３２θ1θ224（2）三通图三通支管和干管的连接25（3）弯管图圆形风管弯头图矩形风管弯头图设有导流片的直角弯头（4）管道进出口图风管进出口阻力26（5）管道和风机的连接图风机进出口管道连接27[例6-3]有一合流三通，如图5-11所示，已知分支管中心夹角，求此三通的局部阻力。分支管中心夹角，求此三同的局部阻力。28[解]按附录2列出的条件，计算以下各值

经计算，根据查得：支管局部阻力系数

直管局部阻力系数

支管的局部阻力

直管的局部阻力

29第二节风管内的压力分布一、动压、静压和全压空气在风管中流动时，由于风管阻力和流速变化，空气的压力是不断变化的。研究风管内压力的分布规律，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。分析的原理是风流的能量方程和静压、动压与全压的关系式。Z2Z112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）。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30二、风管内空气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，空气进出口都有局部阻力。分析该系统风管内的压力分布。31（l）吸入管段32

（2）压出管段33第三节通风管道的水力计算一、风道设计的内容及原则风道的水利计算分设计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。（3）断面形状要与建筑结构相配合，使其完美统一。二、风道设计的方法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，目前常用的是假定流速法。

假定流速法，先按照技术经济要求选定风管的流速，再根据风管的风量的断面尺寸和阻力，然后对各之路的压力损失进行调整，使其平衡。34三、风道设计的步骤下面以假定流速法为例介绍风管水力计算的步骤。（1）绘制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35（4）并联管路的阻力计算l）调整支管管径2）增大风量3）增加支管局部压力损失按照分支节点阻力平衡的原则确定并联管路的断面尺寸，要求两分支管的阻力不平衡率；对一般的通风系统，应小于15%；36（6）选择风机Lf——风机的风量（m3/h）；KL——风量附加系数，一般的送排风系统KL=1.1；L——系统的总风量（m3/h）。pf——风机的风压（Pa）；Kp——风压附加系数，一般的送排风系统Kp=1.1~1.5；——系统的总阻力（Pa）；37风机选择时需要注意的有关问题：1）根据输送气体性质、系统的风量和阻力确定风机的类型。2）对风机样本或设计手册上的性能参数是在标准状态（大气压力为101.325kPa，温度为200，相对湿度为50％）下得出的。当实际使用情况不是标准状态时，风机的实际性能会发生变化。38【例5－4】一直流式空调系统如图5－13所示（设计中一般绘制为单线图），已知每个风口的风量为1500m3/h，空气处理装置的阻力（过滤器50Pa，表冷器150Pa，加热器70Pa，空气进、出口及箱体内附加阻力35Pa）为；空调房间内的正压为10Pa，管道材料为镀锌钢板。设计空气管道尺寸并计算风机所需的风压。39A—百叶风口；B—多叶调节阀；C—多叶调节阀；D—百叶风口；F—通风机；AHU—空气处理器40解：（1）根据图5-13所示的管道布置及各管段的长度，确定计算的最不利管路为1－2－3－4—5—6（2）根据各管段的风量及选定的流速确定各管段的断面尺寸并计算该管段的摩擦阻力和局部阻力如下：管段1－2：摩擦阻力计算：取管内流速v1-2=4.0m/s，则管道断面应为：

取断面尺寸