工业有害物防治与通风基础理论

通风风流基础理论

及空气参数计算通风风流基础理论及空气参数计算通风风流基础理论

及空气参数计算通风风流基础理论及空气参数计1主要内容风压计算及测试通风基础理论干湿空气密度计算连续方程及风速测定能量方程及应用通风阻力及计算主要内容风压计算及测试通风基础理论干湿空气密度计算连续方程及2风流理论与参数计算本部分主要讨论以下问题：1、干、湿空气密度的计算；2、风压(静压、动压和全压)的计算及测定；3、通风连续方程及其应用；4、通风风流型式、风流结构及风速分布与风速测定；5、通风能量方程及其应用；6、（通风阻力及其计算）。风流理论与参数计算本部分主要讨论以下问题：3通风风流基础理论及空气参数计算§2.1通风空气参数§2.2风流流动特性§2.3空气流动过程的基本方程§2.4风流参数的测定通风风流基础理论及空气参数计算§2.1通风空气参数§2.4一、干、湿空气密度的计算密度定义式：单位体积空气所具有的质量。kg/m3，用符号ρ表示：式中M—空气的质量，kg；V—空气的体积，m3。空气密度随空气压力、温度及湿度而变化。实际空气密度计算式由气态方程求得。§2.1通风空气参数一、干、湿空气密度的计算密度定义式：单位体积空气所具有的质量5一、干、湿空气密度的计算气态方程：式中ρ—干空气实际密度，kg/m3；ρ0—标准状态干空气的密度，kg/m3；P、P0—分别为实际状态及标准状态下的空气压力，千帕（kpa）；T、T0—分别为实际状态及标准状态下空气的热力学温度，K。一、干、湿空气密度的计算气态方程：6一、干、湿空气密度的计算标准状态：T0=273K，P0=101.3kPa,干空气密度ρ0=1.293kg/m3。干空气密度计算式：注意！式中P为空气的绝对压力，单位为kPa；T为空气的热力学温度（K），T=273+t,t为空气的摄氏温度（℃）。一、干、湿空气密度的计算标准状态7干、湿空气密度的计算湿空气：湿空气压力等于干空气分压与水蒸汽分压之和。干空气P水蒸气干空气湿空气P干空气PdPs道尔顿分压定律:P=Pd+Ps,Ps=ψPb干、湿空气密度的计算湿空气：湿空气压力等于干空气分压与水蒸汽8一、干、湿空气密度的计算根据道尔顿分压定律即可推导出湿空气密度计算式：式中ρw—湿空气密度,kg/m3；ψ—空气相对湿度，%；Pb—饱和水蒸汽压力，kPa一、干、湿空气密度的计算根据道尔顿分压定律即可推导出湿空气密9二、空气压力—静压风压：通风中空气压力也叫风流压力（简称为风压），它是表示运动空气所具有的能量,它包括静压、动压和全压。静压：气体分子对容器壁所施加的压力。基本性质：静压总是垂直并指向作用面；静压各向同值。表示形式：绝对静压—以绝对零压作为基准的静压,用Pk表示；相对静压—以当地大气压力为基准的静压,用Pr表示。二、空气压力—静压风压：通风中空气压力也叫风流压力（简称为风10二、空气压力—静压绝对静压和相对静压的关系：关系式:Ｐr=Ｐk-Ｐ0

绝对真空当地大气压PkPrP0二、空气压力—静压绝对静压和相对静压的关系：绝对真空当地大气11二、空气压力—静压不同标高静压计算：流体力学欧拉方程:

dp=ρgdz

积分即得静压计算式：P=P0-ρgz

式中z—相对于基准的高度,m；p0—z=0基准处的空气静压,Pa(N/m2)；p—高度为z处的空气静压，Pa(N/m2)；ρ—空气密度，kg/m3；g—重力加速度，m/s2。二、空气压力—静压不同标高静压计算：流体力学欧拉方程:12二、空气压力—静压

可压缩空气密度：近似按等温过程处理，即多变指数n=1，由气态方程（P=ρRT）和欧拉方程得：式中T——空气的热力学温度，K；R——空气的气体常数，R=287J/kg·K。简化计算式：展开成级数，略去高项。二、空气压力—静压可压缩空气密度：近似按等温过程处理，即多13二、空气压力—动压，全压动压：动压—单位体积风流运动所具有的动能。它恒为正，具有方向性，它的方向就是风流运动的方向。单位体积空气的质量为ρ（kg/m3），风流速度为υ(m/s)，由动能公式即得风流动压Hu(Pa)计算式：

Hu=ρυ2/2全压：全压Pt等于静压Ps与动压Hu之和，即

Pt=Ps+Hu

二、空气压力—动压，全压动压：14空气压力—动压、静压、全压关系空气压力—动压、静压、全压关系15空气压力—动压、静压、全压关系空气压力—动压、静压、全压关系16空气压力—单位空气压力的国际单位为帕（Pa）、牛顿/米2（N/m2）。1Pa=1N/m2。我国法定计量单位制规定，空气压力（压强）的单位为帕。帕（Pa）单位比较小，还可用百帕（hPa）、千帕（kPa）表示1hPa=100Pa；1kPa=1000Pa。空气压力—单位空气压力的国际单位为帕（Pa）、牛顿/米2（N17空气压力—测定分为：空气绝对压力测定空气相对压力测定空气压力—测定分为：18三、粘度粘度：表示空气粘性大小的指标，分为动力粘度和运动粘度。动力粘度：一般用μ表示,其单位为N·S/m2(Pa·s),受气温影响,与压力无关。运动粘度：一般用υ表示，其单位为m2/s，受温度和压力影响。μ与υ之间的关系：υ=μ/ρ，其中ρ为空气的密度（kg/m3）。计算中,υ和μ可直接通过查表获得。三、粘度粘度：表示空气粘性大小的指标，分为动力粘度和19流态判据：雷诺数Re，当Re>2300时为紊流，反之为层流。Re值计算式：Ｕm—流道流体平均速度，m/s;

ν—空气运动粘度，m2/s;D—流道直径，m。非圆流道：用等效直径De=4S/Px取代直径D。其中S为流道的断面积（m2），Px为流道断面周长（m）。一、风流流态§2.2风流流动特性流态判据：雷诺数Re，当Re>2300时为紊流，反之为层流。20二、风流型式及风速管道的体积风量：Q=∫suidsui—管道横断面上任一点的风速，m/s;S—管道横断面积，m2;Q—管道横断面上通过的体积风量，m3/s。二、风流型式及风速管道的体积风量：21风流型式及风速—射流分为自由射流和有限射流风流型式及风速—射流分为自由射流和有限射流22风流型式及风速—射流自由射流风流结构主要参数:扩张角θ和射流边界层宽度R,它们的计算式为:tg(θ/2)=3.4a

R=Xtg(θ/2)=3.4aXa—射流风流结构系数,圆管a=0.06～0.08;X—离射流极点的距离。射流体风速分布：un—射流体轴线的风速，m/s;ur—射流体内距轴线r距离处的风速,m/s。风流型式及风速—射流自由射流风流结构主要参数:扩张角θ和射23风流型式及风速—汇流分自由汇流(如空间点汇)和有限汇流(如实际风筒入口的汇流)。空间点汇风速计算：Q——汇流体积风量，m3/s；r——距点汇的距离，m；ｕr——r点处的风速，m/s。风速与距离r的平方成反比,即距离增大,风速激剧降低。r风流型式及风速—汇流分自由汇流(如空间点汇)和有限汇流(如实24一、连续方程计算

流体力学连续方程:

一维流道：

∫sρuds=常数稳定一维流动，流经流道各断面的空气质量相等。平均速度Um：

§2.3空气流动过程的基本方程一、连续方程计算流体力学连续方程:§2.3空气流动过程25一、连续方程计算一维流道风流质量连续方程：

Um1S1ρ1=Um2S2ρ2

式中Um1、Um2——流道1、2断面的平均风速，m/s；S1、S2——流道1、2断面的断面积，m2；ρ1、ρ2——流道1、2断面的空气密度，kg/m3。等密度：即ρ1=ρ2时：

Um1S1=Um2S2

一、连续方程26一、连续方程计算多支管(巷)道连续方程：节点分析法原理：流入、流出节点的质量流量的代数和为零。

式中下标i表示节点处的第i分支；n表示节点处总的分支数；“±”表示风流的流动方向。一、连续方程计算多支管(巷)道连续方程：27二、能量方程能量方程是风流运动中能量守恒的数学表达式。流体运动所具有的能量包括内能U和机械能E，而机械能包括流体的静压能P，动压能ρυ2/2和位势能Zρg，即E=P+Zρg+ρυ2/2如图所示的流体微束，流体从断面1运动到断面2的过程，由于与外界发生热交换及对外界做功，其能量就要发生变化。二、能量方程能量方程是风流运动中能量守恒的数学表达式。28二、能量方程二、能量方程29二、能量方程根据热力学第一定律有（U1+E1）-（U2+E2）=q+hU1、U2——分别为断面1、2流体的内能；E1、E2——分别为断面l、2流体的机械能；q——流体与外界交换的热量；h——流体对外界所做的功。对于绝热过程q=0；对于等温过程U1=U2。则不可压缩流体绝热、等温的稳定流动过程的能量方程为：二、能量方程根据热力学第一定律有30二、能量方程应用有风机能量方程：

水平管道，进口与出口均为大气压时，风机风压H与风流阻力h12之间的计算式：

H=ρυ2

2/2+h12

二、能量方程应用有风机能量方程：31一、空气压力—测定绝对压力：水银气压计空盒气压计水银气压计§2.4风流参数的测定一、空气压力—测定绝对压力：水银气压计§2.4风流参数32空气压力—测定水银气压计空盒气压计空气压力—测定水银气压计空盒气压计33空气压力—测定空盒气压计空气压力—测定空盒气压计34空气压力—测定相对压力测定方法：U型压力计倾斜压力计补偿微压计压力传感器型直读压力计空气压力—测定相对压力测定方法：35空气压力—测定U型压力计空气压力—测定U型压力计36空气压力—测定

原理P=ρg（h1+h2）=ρg（1+F2/F1）h2=ρg（1+F2/F1）Lsinα=KρgLK—仪器校正系数；单管倾斜压力计原理L—倾斜管的始末读数差，mm；ρ—液体的密度，kg/m3空气压力—测定原理单管倾斜压力计原理L37空气压力—测定补偿式微压计空气压力—测定补偿式微压计38空气压力—测定补偿式微压计空气压力—测定补偿式微压计39空气压力—测定补偿式微压计空气压力—测定补偿式微压计40二、风速测定方法二、风速测定方法41风速测定方法—机械风表类型：杯式和翼式两种。风速测定方法—机械风表类型：杯式和翼式两种。42风速测定方法—机械风表轻便型磁感风向风速表数字风速表

风速测定方法—机械风表轻便型磁感风向风速表数字风速表43风速测定—机械风表杯式：用于>10m/s的高风速测定；翼式：用于0.1～10m/s的中等风速测定，高敏度翼式风表可测定0.1～0.5m/s的低风速。测定计算：风表指示表速N（转/s或m/s）

N=(Nt