通风风流基础理论及空气参数计算.ppt

通风风流基础理论 及空气参数计算,第二章,通风风流基础理论及空气参数计算,本章主要内容框架：,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）。,第二章 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,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,气态方程： 式中干空气实际密度，kg/m3； 0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,标准状态：T0=273K，P0=101.3kPa,干空气密度0=1.293 kg/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（）。,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。,道尔顿分压定律: P=Pd+Ps , Ps=Pb,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 w 湿空气密度, kg/m3； 空气相对湿度，%； Pb饱和水蒸汽压力，kPa,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,绝对静压和相对静压的关系： 关系式: r = k -0,二、空气压力静压,不同标高静压计算：流体力学欧拉方程: dp =g dz 积分即得静压计算式： P =P0 -g z 式中z相对于基准的高度, m； p0z = 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)； 空气密度，kg/m3 ； g重力加速度，m/s2。,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=RT）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/kgK。 简化计算式：展开成级数，略去高项。,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（kg/m3），风流速度为(m/s)，由动能公式即得风流动压Hu(Pa)计算式： Hu =2/ 2 全压： 全压Pt等于静压Ps与动压Hu之和，即 Pt = Ps + Hu,空气压力动压、静压、全压关系,空气压力动压、静压、全压关系,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=1 N/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。,空气压力测定,分为： 空气绝对压力测定 空气相对压力测定,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：一般用表示, 其单位为NS/m2 (Pas), 受气温影响, 与压力无关。 运动粘度：一般用表示，其单位为m2 /s，受温度和压力影响。 与之间的关系：=/，其中为空气的密度（kg/m3）。计算中, 和可直接通过查表获得。,流态判据：雷诺数Re，当Re2300时为紊流，反之为层流。Re值计算式： m流道流体平均速度，m/s; 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,二、风流型式及风速,管道的体积风量： Q=s ui ds ui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。,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,自由射流风流结构主要参数: 扩张角和射流边界层宽度R, 它们的计算式为: tg(/2)=3.4a R = X tg(/2) = 3.4 a X a射流风流结构系数, 圆管a = 0.060.08 ; 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； rr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,一、连续方程计算,流体力学连续方程: 一维流道： s u ds = 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,一维流道风流质量连续方程： Um1S11=Um2S22 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； 1、2流道1、2断面的空气密度，kg/m3。 等密度：即1=2时： Um1S1 = Um2S2,一、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。,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2/2和位势能Zg，即 E = P + Zg +2/2 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,二、能量方程,根据热力学第一定律有 （U1 + E1）-（U2 + E2）= q + h U1、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 = 2 2/2 + h12,一、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,空气压力测定,水银气压计,空盒气压计,空气压力测定,空盒气压计,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,U型压力计,空气压力测定,原 理 P=g（h1+ h2） =g（1+ F2/F1）h2 =g（1+ F2/F1）Lsin =KgL K仪器校正系数；,L倾斜管的始末读数差，mm； 液体的密度，kg/m3,空气压力测定,补偿式微压计,空气压力测定,补偿式微压计,空气压力测定,补偿式微压计,二、风速测定方法,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,轻便型磁感风向风速表,数字风速表,风速测定机械风表,杯式：用于10m/s的高风速测定； 翼式：用于0.110m/s的中等风速测定，高敏度翼式风表可测定0.10.5m/s的低风速。 测定计算：风表指示表速N（转/s或m/s） N=(Nt-N0) / t 实际风速u换算： u = aN+b N0、 Nt风表的初始和最终读数，转； t测定时间，s； a、b常数； u测定的实际风速，m/s。,风速测定机械风表,风速测定热球风速仪,风速测定热球风速仪,热式风速计,风速测定动压法,测出风流动压Hu，后按