空调管道水力计算.ppt

空调系统水力计算,气体输配管网水力计算,计算之前，需先完成空气输配管网的布置，包括系统划分；管道 布置、设备和各送排风点位置的确定；各送风点要求的风量和要求各管段的风量也得一一确定。 完成上述前期准备工作之后，方可按假定流速法的基本步骤进行水力计算。 2.3.1.1 管内流速和管道断面尺寸 （1）绘制风管系统轴测图 绘制风管系统轴测图，并划分好管段，对各管段进行编号，标注长度和风量。,通常按流量和断面变化划分管段，一条管段内流量和管段断面不变，流量和断面二者之一或二者同时发生变化之处是管段的起点或终点。管段长度按管段的中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。 （2）确定管内流速 管内的流速对通风、空调系统的经济性有较大影响，对系统的技术条件也有影响。流速高，风管断面小，占用的空间小，材料耗用少，建造费用小；但系统阻力大，动力消耗大，运行费用增 加，且增加噪声。若气流中,含有粉尘等，会增加设备和管道 的磨损。反之，流速低，阻力小，动力消耗少；但是风管断面大，材料和建造费用大，风管占用的空间也增大。流速过低会使粉尘沉积而堵塞管道。因此， 必须通过全面的技术经济比较选定合理的流速。根据经验总结，风管内的空气流速可按下表确定。若输送的是含尘气流，流速不应低于其表所列的值。,一般通风系统中常用的空气流速（m/s)表,（3）确定各管段的断面尺寸，计算摩擦阻力和局部阻力 根据风管的风量和选择的流速初步确定风管断面尺寸，并适当调整使其符合通风管道统一规格。然后，按调整好的断面尺寸计算管内实际流速。 2.3.1.2 风管摩擦阻力计算 按管内实际流速计算阻力。阻力计算应从最 不利环路（即最长、局部阻力件最多的环路） 开始。,通风空调管道中，气流大多属于紊流光滑区到,粗糙区之间的过渡区 。可用（2-3-1）式 计算摩擦阻力系数，再用（2-3-2）计算比摩阻Rm。 式中 K-风管内壁粗糙，mm; D-风管直径，mm. 可根据公式（2-3-1）和（2-3-2）制成的计算图表或线算图，可供计算管道阻力时使用。,（2-3-1）,（2-3-2）,只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数,中的任意两个，即可利用该图求得其余两个参数。该图是按过渡区的值，在压力B0=101.3kPa、温度t0=200C、空气密度0=1.24kg/m3、运动粘度=15.0610-6m2/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,Pa/m,（2-3-3）,式中,Rm-实际的单位长度摩擦阻力，Pa/m； Rm0-图上查出的单位长度摩擦阻力，Pa/m； -实际的空气密度，kg/m3; -实际的空气运动粘度，m2/s。 （2）空气温度、 大气压力和热交换修正 式中Kt-温度修正系数； KB-大气压力修正系数； KB-热交换修正系数。,Pa/m,(2-3-4),(2-3-5),式中 t-实际的空气温度，oc.,式中 B-实际的大气压力，kPa。 T-气流绝对温度，K； Tb-管壁绝对温度，K。,(2-3-7),(2-3-6),（3）管壁粗糙度的修正,在通风空调正程中，常采用不同材料制作风管，各种材料的粗糙度K见表2-3-4。 当风管管壁的粗糙度K0.15mm时，可先由图查Rm0，再近似按下式修正。 Kt管壁粗糙度修正系数； K-管壁粗糙度，mm。 V-管内空气流速，m/s。,Pa/m,(2-3-8),(2-3-9),矩形风管摩阻按当量直径计算单位长度摩擦,阻力。分流速当量直径和流量当量直径两种。 1）流速当量直径 假设某一圆形风管中的空气与矩形风管中的空气流速相等，并且两者的单位长度摩阻力也相等，则该圆管的 直径就称为流速当量直径，以DV表示。据此定义可推得为：,(2-3-10),根据矩形风管的流速当量直径Dv和实际流速V，,由图2-3-1查得的Rm即为矩形风管的单位长度摩擦阻力。 例 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。 解2-1 矩道风道内空气流速,由V=5m/s、Dv=444mm查图2-3-1(P51)得,Rm0=0.62Pa/m 粗糙度修正系数,200,1.0,0.01,0.1,100,400,4000管径,40,35,1,80d流速,30,444,5,0.62,Rm(Pa/m),空气量m3/s,图2-3-1(P51),450,2)流量当量直径,设某一圆形风管中的流量与矩形风管的流量相等，并且单位长度摩擦阻力也相等，则该圆管的直径就称为矩形风管的流量当量当量直径，以DL表示。根据推导，流量当量直径可近似按下式计算： 以流量当量直径DL和矩形风管的流量L，查图2-3-1所得的单位长度的摩擦阻力Rm，即为矩形风管的单位长度的摩擦阻力。,(2-3-11),由L=1m3/S、DL=487mm查图2-3-1得Rm0=0.61Pa/m Rm=1.960.61=1.2 Pa/m,例2-2 例2-1改用流量当量直径求矩形风管,单位长度摩擦阻力。 解 矩形风道的流量当量直径,0.01,1.0,200,200,1.0,0.01,0.1,100,400,4000管径,40,35,1,80d流速,30,447,5,0.61,RmPa/m,空气量m3/s,2.3.1.3 风管局部阻力计算,首先确定局部阻力系数 和它对应的特征速度V ，然后代入（2-2-3）式计算局部阻力。 各种局部阻力系数通常查设计手册等确定。各种设备的局部阻力或局部阻力系数，由设备生产厂提供。 各管段摩擦阻力和局部阻力之和即为该管段的阻力。各管段阻力计算完成后，应进行并联管路的阻力平衡，以保证实际流量分配满足要求。,2.3.1.4 并联管路的阻力平衡,为了保证各管路达到预期的风量，使并联支管的计算阻力相等，称为并联管路阻力平衡。对一般的通风系统，两支管的计算阻力差应不超过15%；含尘风管应不超过10%。若过上述规定，采用下述方法进行阻力平衡。 （1）调整支管管径 这种方法通过改变支管管径来调整支管阻力，达到阻力平衡。调整后的管径按下式计算：,(2-3-12),式中 D-调整后的管径；,D-原设计的管径，mm; p-原设计的支管阻力，Pa; p-要求达到的支管阻力，Pa。 应当指出，采用本方法时，不宜改变三通支管直径，可在三通支管上先增设一节渐扩（缩）管， 以免引起三通局部阻力的变化。 （2）阀门调节 通过改变阀门开度，调节阀门阻力，从理论上讲是最简单易行的方法。但对一个多支管的通风的空调管网，是一项复杂的技术工作。必须进行反复调整、测试才能实现预期的流量分配。,2.3.1.5 计算系统的总阻力和获得管网特性曲线,最不利环路所有串联管段阻力（包括设备）之和，即为管网系统的总阻力p。管网的特性曲线为： p=SQ2 式中 S-管网阻抗，kg/s7; Q-管网总流量，m3/s。 管网阻抗与管网几何尺寸及管网中的摩擦阻力系数，局部阻力系数，流体密度有关。当这 些因素不变时，管网阻抗S为常数。根据计算 的,(2-3-13),的管网总阻力和要求的总风量Q，即可用,式（2-3-14）计算管网阻抗，获得管网特性曲线。 不计算管段阻力和管网总阻力，而先计算各管段阻抗，再按如下串联管路的阻抗关系计算管网阻抗，也可获得管网特性曲线。 管段i:,(2-3-14),(2-3-15),串联管路：, 并联管路： 上述公式表明，管网中任一管段的有关参数变化，都会引起整个管网特性曲线的变化，从而改变管网总流量和管段的流量分配，这决定了管网调整的复杂性。进一步从理论上可以证明，,(2-3-16),(2-3-17),管网设计时不作好阻力平衡，完全依靠阀门,调节流量的作法难以奏效，尤其是并联管路较多的管网。 获得管网特性曲线后即可结合动力设备（风机）的性能曲线匹配动力设备，具体匹配方法在第7章介绍。 2.3.1.6 计算例题 例2-3 图2-3-2所示的通风除尘管网。风管用钢板制作，输 送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。 除尘器阻力Pc=1200Pa。对该管网进行水力,计算，获得管网特性曲线。,图,1,L=11m,2,3,L=6m,L=3m,5,L=4m,L=6m,4,7,L=6m,6,L=8m,圆形伞形罩,1500m3/s,4000m3/s,800m3/s,风机,除尘器,图2-3-2 通风除尘系统的系统图,解：,1.对各管段进行编号，标出管段长度和风点的排风量。 2.选定最不利环路，本系统选择1-3-5-除尘器- 6-风机-7为最利环路。 3.根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。 根据表2-2-3输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管12m/s、水平风管14m/s.,考虑到除尘器及风管漏风，取5%的漏风,系数，管段6及7的计算量为63001.05=6615m3/h. 管段1 有水平风管，初定流速为14m/s。根据Q1=1500m/h(0.42m3/s)、V1=14m/s所选管径按通风管道 统一规格调整为 D1=200mm：实际流速V1=13.4m3/S;由图2-3-1查得，Rml=12.5Pa/m。 同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，具体结果见表2-3-5。 4.确定管段2、4的管径及单位长度摩擦力，,见表2-3-5。,5.从阻力手册、暖通设计手册等资料查各管段的局部阻力系数。 （1）管段1 设备密闭罩=1.0（对应接管动压） 900 弯头（R/D=1.5）一个=0.17 直流三通（13）（见图2-3-3）根据F1+F2=F3， =300,F2/F3= (140/240)2=0.340 Q2/Q3=800/2300=0.384, 查得13=0.20,V1,F1,V3,F3,V2,F2,图2-3-3合流三通,=1.0+0.17+0.20=1.37,（2）管段2 圆形伞形罩=600,3=0.09 90o弯头（R/D=1.5）1个，=0.17 60o弯头（R/D=1.5）1个，=0.14 合流三通（23）（见图2-3-3）23=0.20 =0.09+0.17+0.14+0.20=0.60 （3）管段3 直流三通（3 5）（见图2-3-4）根据F3+F4=F5， =300，F4/F5=(300/380)2=0.62 Q4/Q5=4000/6300=0.634,查得35=-0.05,=-0.05,（4）管段4 设备密闭罩=1.0（对应接管动压） 900 弯头（R/D=1.5）一个=0.17 合流三通（45）（见图2-3-4）45=0.24 =1.0+0.17+0.24=1.41 （5）管段5 除尘器进口变径管（渐扩管） 除尘器出口尺寸300mm800mm变径管长度 L=400mm,tan =0.475,=25.4o, =0.10,900 弯头（R/D=1.5）2个,=20.17=0.34,风机进口渐扩管 按要求的总风量和估计的管网总阻力先近似选出一台风机，风机进口直径D0=500mm,变径管长度L=300mm F0/F6=(500/420)2=1.41 tan =0.13,=7.6o, =0.03 =0.10+0.34+0.03=0.47 （7）管段7 风机出口渐扩管 风机出口尺寸410mm315mm，D7=420mm F7/F出=0.138/0.129)=1.07，0,带扩散管的伞形风帽（