第六章 通风管道的设计计算.ppt

通风管道的设计计算,第六章,通风管道计算有两个基本的任务：一是确定管道的阻力,以确定通风除尘系统所需的风机性能;二是确定管道的尺寸(直径)，管道设计的合理与否直接影响系统的投资费用和运行费用。,管道阻力摩擦阻力、局部阻力摩擦阻力由空气的粘性力及空气与管壁之间的摩擦作用产生。发生在整个管道的沿程上,因此也称为沿程阻力。局部阻力空气流经风管中的弯头、断面变化、管件及设备时，由于流速大小和方向变化以及产生涡流造成比较集中的能量损失,第一节风管内空气流动阻力,1.摩擦阻力管道的摩擦阻力采用下式计算:Pm=(l/De)v2/2式中Pm-摩擦阻力,Pa;-摩擦阻力系数,其值与流态有关;l-管道长度,m;-空气密度,Kg/m3;v-管内平均流速,m/s;De-风管的当量直径,m.,当量直径：De=4Rs=4f/P式中f-管道的断面积,m2;P-管道的周长,m.Rs风管水力半径,m.对于圆管：当量直径=管道的直径.对于矩形管：流速当量直径、流量当量直径.,对于矩形管流速当量直径：假设某一圆形风管中的空气流速与矩形管的流速相等,并且单位长度的摩擦阻力也相等，则该圆风管的直径称为矩形风管的流速当量直径.流速当量直径为:Dv=2ab/(a+b)a,b为矩形管断面的长,宽边尺寸.实际计算中多采用流速当量直径.,对于矩形管流量当量直径：假设某一圆管的空气流量与矩形管的流量相等,并且单位长度的摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径称为矩形风管的流量当量直径.流量当量直径为:,注意：采用流速当量直径时，必须用矩形风管中的空气流速去查取阻力；采用流量当量直径时，必须空气流量去查取阻力。,摩擦阻力系数影响因素：管内空气流动状态、管壁粗糙度通风空调系统薄钢板风管：紊流光滑区到粗糙区间的过渡区砖或混凝土管：高速空气流动属于紊流粗糙区,在实际设计计算上述摩擦阻力计算式两种直观变换方式:(1)比摩阻法(2)综合摩擦阻力系数法,1）比摩阻法令Rm=(/De)U2/2Rm比摩阻,Pa/m,单位长度管道的摩擦阻力.摩擦阻力计算式则变换成下列表达式:Pm=RmL,工程设计,利用Rm线解图,根据管内风量、管径和管壁粗糙度可查出Rm值,计算得摩擦阻力.附录6：以过渡区摩擦阻力系数绘制圆形风管压力101.3kPa、温度20、密度1.204kg/m3运动黏度0.00001506m2/s、管壁粗糙度0.15mm使用条件与上述有偏差，需要修正使用,2)综合摩擦阻力系数法管内风速v=L/f,L为管内风量,f为管道断面积.将U代入摩擦阻力计算式Pm=(l/De)v2/2后,令Km=(l/De)/2f2则摩擦阻力计算式变换为下列表达式:Pm=KmL2Km为综合摩擦阻力系数,NS2/m8.管网系统运行分析与调节计算时,多采用Pm=KmL2便于管道系统的分析及风机的选择.,管道摩擦阻力影响因素在设计计算时应考虑这些因素.主要影响因素有:管壁的粗糙度和空气温度.粗糙度越大,摩擦阻力系数值越大,摩擦阻力越大.温度影响空气密度和粘度,因而影响比摩阻Rm.温度上升,比摩阻Rm下降.,2.局部阻力局部阻力计算式为:Z=v2/2Pa其中局部阻力系数,不同构件查附录7得,在通风除尘管网中,连接部件很多,因此局部阻力较大,为了减少系统运行的能耗,在设计管网系统时,应尽可能降低管网的局部阻力.降低管网的局部阻力可采取以下措施:1)避免风管断面的突然变化;2)减少风管的转弯数量,尽可能增大转弯半径;3)三通汇流要防止出现引射现象,尽可能做到各分支管内流速相等.分支管道中心线夹角要尽可能小,一般要求不大于30;4)降低排风口的出口流速,减少出口的动压损失;5)通风系统各部件及设备之间的连接要合理,风管布置要合理.,分析管内压力分布的目的是了解管内压力的分布规律,为管网系统的设计和运行管理提供依据.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.在通风风流基本理论一章中已作分析。主要结论：1)风机的风压等于风管的阻力和出口动压损失之和2)风机吸入段的全压和静压都是负值,风机入口处的负压最大;风机压出段的全压和静压都是正值,在出口处正压最大3)各分支管道的压力自动平衡,第二节风管内压力分布,一管道直径的计算在计算管道直径时,应满足以下约束条件:1)管内流速的要求对于除尘管道,为了防止粉尘沉积管壁上,管内流速要大于一定的数值,即VVmin,Vmin为防止粉尘沉积的最小风速.对非除尘管网可不受这个条件的约束.2)阻力平衡要求要使各分支风量满足设计要求,各分支的阻力必须平衡.如果设计的阻力不平衡就应进行调节.,第三节通风管道的设计计算,3)管道投资费用和运行费用的合理性管道直径增大,阻力减少,运行费用降低,但投资费用增大.因此,管径的合理性应表现在管道投资费用与运行费用总和最小.设计时,要使确定的管径完全满足上述约束条件是很困难的,因此人们提出了各种计算方法,常用的有以下几种方法：,1.假定流速法原理：取管内流速等于最小风速或经济风速,根据管内的流量Li即可得管径Di为:Di=4Li/(Vmin)采用假定流速法求出的各分支阻力一般不平衡需进行阻力平衡调节.,假定流速法的计算步骤如下:1)绘制通风系统轴侧图,对各管段先进编号,标注各管段的长度和风量.2)选择管内合理的空气流速.3)根据各管段的风量和选定的流速确定各管段的管径,并计算各管段的摩擦阻力和局部阻力.4)对并联管路进行阻力平衡调节.5)计算系统的总阻力,并根据总阻力和总风量选择风机.,2.等压损法原理：假设风机的风压H为已知,各管段单位长度的压力损失相等,由此而求出各分支的管径.这种方法计算结果也很难满足阻力平衡要求,因此也需要进行阻力平衡调节.,3.静压复得法原理：在管道的分支处,由于分流使流速降低,根据静压与动压的转换原理,流速降低,使风管分支处复得一定的静压,令此复得静压等于该管段的阻力.由此即可求得管道的直径.此法主要用于高风速管网的计算.,4.优化设计法原理：以管道投资费用与运行费用总和最低作为目标函数而获得管道直径.这种方法是管网设计计算中的新理论,它对于降低通风系统的能耗,提高管网风平衡精度具有重要的意义.,均匀送风管道:为使送风房间得到均匀的空气分布，把等量的空气，沿风管侧壁的成排孔口或短管均匀送出。,第四节均匀送风管道的设计计算,1均匀送风管道的设计原理,空气在风管内流动时，其静压垂直作用于管壁。如果在风管的侧壁开孔，由于孔口内外在存静压差，空气会按垂直于管壁的方向从孔口流出。静压差产生的流速：空气在风管中的流速：,孔口出流与风管轴线间的夹角（出流角）:,孔口实际流速：,孔口流出风量：,孔口平均速度：,送风管上，从始端到末端管内流量不断减小，动压相应下降，静压增大，使条缝口出口流速不断增大；排风管上，则是相反，因管内静压不断下降，管内外压差增大。条缝口入口流速不断增大。,2要实现均匀送风，可采取以下措施：,送风管断面积F和孔口面积f0不变时，管内静压会不断增大，可根据静压变化，在孔口上设置不同的阻体，使不同的孔口具有不同的压力损失（即改变流量系数），见图6.14（a）、（b）。孔口面积f0和值不变时，可采用锥形风管改变送风管断面积，使管内静压基本保持不变，见图（c）。送风管断面积F及孔口值不变时，可根据管内静压变化，改变孔口面积f0，见图（d）、（e）。增大送风管断面积F，减小孔口面积f0。对于图（f）所示的条缝形风口，试验表明，当孔口面积与送风管断面积之比f0/F0.4时，始端和末端出口流速的相对误差在10%以内，可近似认为是均匀分布的。,3实现均匀送风的基本条件,对侧孔面积f0保持不变的均匀送风管，要使各侧孔的送风量保持相等，必须保证各侧孔的静压pj和流量系数相等；要使出口气流尽量保持垂直，要求出流角接近90。保持各侧孔静压相等，管道上断面1、2的能量方程式：pjl+pdl=pj2+pd2+（Rl+Z）1-2若：pdlpd2=（Rl+Z）1-2，则：pjl=pj2两侧孔间静压保持相等的条件：两侧孔间的动压降等于两侧孔间的压力损失。,保持各侧孔流量系数相等流量系数与孔口形状、出流角及孔口流出风量与孔口前风量之比（称为孔口的相对流量）有关。如图示，在60、L0/L=0.10.5范围内，对于锐边的孔口可近似认为0.6常数。,增大出流角风管中的静压与动压之比值愈大，气流在孔口的出流角也就愈大，出流方向接近垂直；比值减小，气流会向一个方向偏斜，这时即使各侧孔风量相等，也达不到均匀送风的目的。要保持60，必须使pj/pd3.0（vj/vd1.73）。在要求高的工程，为了使空气出流方向垂直管道侧壁，可在孔口处装置垂直于侧壁的挡板，或把孔口改成短管。,（1）确定侧孔个数、侧孔间距及每个侧孔的送风量。（2）计算出侧孔面积f0,4均匀送风管道的计算方法是：,侧孔静压流速,（3）计算送风管道直径（或断面尺寸）按vj/vd1.7