第六章 通风管道的设计计算

1、1同济大学同济大学 机械工程学院机械工程学院暖通空调及燃气研究所暖通空调及燃气研究所2013年年第六章第六章通风管道的设计计算通风管道的设计计算2风管内空气流动的阻力风管内的压力分布通风管道的水力计算通风管道设计中的有关问题3空调系统设计的基本技能之一本章所说的“通风”管道是广义的要应用有关的流体力学原理设计计算的目的：确定管道的尺寸为选择空气动力设备通风机提供依据在保证使用要求的前提下力求经济设计计算的步骤： 在计算所需风量和选定处理设备的基础上，确定设备位置和管道走向；计算最不利环路流动阻力；平衡并联环路阻力45摩擦阻力/沿程阻力空气粘滞性空气与管壁的摩擦局部阻力空气流速及方向发生变化产生

2、涡流均表现为压力的降低6在断面形状不变的直管段中，由于流体内部及流体与管壁的摩擦所造成的能量损失71）圆形管道计算方法)26(22PalvDPm)36(/22mPavDRmRm 比摩阻PalRPmm关键在于确定比摩阻-摩擦阻力系数与管内流动状态、管壁粗糙度有关8确定比摩阻的方法：a）线算图（P243） 图的多种用法：由L、D求Rm由L、Rm求D由L、v求D、RmDLLvRm9b）计算表格10c）图表的修正密度和粘度的修正1 . 0091. 00)/()/(momRR Rm-实际的单位长度摩擦阻力，Pa/mRmo-图上查出的单位长度摩擦阻力，Pa/m-实际的空气密度，kg/m3-实际的运动粘度系

3、数，m2/s温度和大气压力的修正moBtmRKKR Kt-温度修正系数KB-大气压力修正系数T-实际的空气温度，B-实际的大气压力，kPa825. 027320273tKt9 . 0)3 .101/(BKB11c）图表的修正管壁粗糙度的修正mormRKR Kr-管壁粗糙度修正系数K-管壁粗糙度，mmv-管内空气流速，m/s粗糙度km0.15mm25. 0)(KvKr122）矩形管道计算方法 以当量直径来查用图表a）流速当量直径 定义：与矩形风管的流速及比摩阻相同的圆形风管的直径ABvAvBvA = vB RmA=RmBDB为A的流速当量直径，记作DvbaabDv2 计算式：13b）流量当量直径

4、 定义：与矩形风管的流量及比摩阻相同的圆形风管的直径 计算式：)126(3 . 125. 0625. 0baabDL注意：查用表图时必须对应使用流量和流量当量直径或流速和流速当量直径14表面光滑的风管（K=0.15mm），断面尺寸500*400mm，流量=1m3/s，求比摩阻smv/54 . 05 . 01mmbaabDv44440050040050022查图得Rm=0.61Pa/m15表面光滑的风管（K=0.15mm），断面尺寸500*400mm，流量=1m3/s，求比摩阻smL/13mmbaabDL487)()(3 . 125. 0625. 0查图得Rm=0.61Pa/m16176.1.2

5、局部阻力 在流量、流向及管道断面形状发生变化的局部由于涡流造成的能量损失1）计算方法：局部阻力系数法)136(22vZ阻力系数由实验确定，制成图表供查用18局部阻力系数举例涡流造成的能量损失192）减小局部阻力的措施 在常用的通风系统总流动阻力中，局部阻力占主要比例 1.弯头圆形风管弯头曲率半径一般应大于12倍管径矩形风管弯头断面长宽比B/A越大，阻力越小矩形直角弯头内设导流片202.三通减小干管和支管间夹角保持干管和支管流速相当3.排风立管出口降低排风立管的出口流速减小出口的动压损失管边尖锐的伞形风帽带扩散管的伞形风帽 =1.15 =0.621合流三通支管局部阻力系数直管局部阻力系数L2=支

6、管流量L3=总管流量保持干管与支管流速相当直管气流引射支管气流合流三通，L1=1.17m3/s(4200m3/h)，L2=0.78m3/s(2800m3/h)，L3=1.94m3/s(7000m3/h)，D1=500mm，D2=250mm，D3=560mm，v1=5.96m/s，V2=15.9m/s，V3=7.9m/s，=30，求三通的局部阻力22234.管道和风机的连接避免在接管处产生局部涡流245.避免突扩、突缩，用渐扩、渐缩=8o10o, 最大45o6.减少进出口的局部损失 2526 用图形表达系统压力分布情况，有利于设计、运行调节、问题诊断等压力分布图的绘制方法（归纳）1）确定压力基准

7、线 通常为水平线，并以大气压为参照对象2）确定系统分隔断面并编号 通常以流速、流向及流量变化的断面为分隔断面3）先绘制全压线 从已知压力点开始4）再绘制静压线 从全压线向下减去动压值271、Pq=Pd+Pj2、未开风机时，Pj=Pq=大气压大气压=03、风机开动后，Pq2= Pq1-(Rml+Z)1-2。4、Pm=Rml直线分布；Z集中分布 28入口断面入口断面1：Pq0=0Pq1=Pq0-Z1Pd1-2=(V1-22*)/2Pj1=Pq1-Pd1-2断面断面2前：前：Pq2=Pq1-Rm1-2l1-2Pd1-2=(V1-22*)/2Pj2=Pq2-Pd1-2断面断面2后：后：Pq2=Pq1-

8、Rm1-2l1-2-Z2Pd2-3=(V2-32*)/2Pj2=Pq2-Pd2-3由于由于V2-3 Pj229断面断面4：Pq4=Pq3-Z3-4Z3-4-渐缩管的局部阻力渐缩管的局部阻力风机风机5前：前：Pq5=Pq4-Rm4-5l4-5-Z5Z5-风机进口处局部阻力风机进口处局部阻力断面断面3：Pq3=Pq2-Rm2-3l2-330断面断面11前：前：断面断面11后：后：Pq11=Pd11 +Pj11Pj11=0Pq11=Pd11 = Pd11Pq11=Pq11+Z11Pq11=Pd11+Z11Z11-出口局部阻力出口局部阻力31断面断面10：断面断面9：Pq9=Pq10+Z9-10v增大

9、，增大，Pd9增大增大Pj9可能可能Pq，Pj03940目的确定各管段的管径和阻力保证风量分配确定风机的型号416.3.1水力计算的方法1）假定流速法 先按技术经济要求确定流速，在根据风量确定管道尺寸和阻力2）压损平均法 根据平均分配到每一管段上的允许（或希望）压损来设计管道尺寸3）静压复得法 以管段起点因分流所产生的复得静压克服该管段流动阻力的原则来设计风管尺寸424300v0PqPjPdv0OR44目的：把等量的空气沿风管均匀送出v0=*vjvdP=0PqPjvj= (2Pj/)0.5v0= *vj =* (2Pj/)0.5静压流速侧孔出流速度=0.60.65孔口流量系数vj / vd1.

10、73均匀送风条件Pj不变45PqPjop静压法复得法的设计的压力图假设孔口流量系数，摩擦阻力系数为常数PjPjPjPd1,D1,Pq1已知总风量和各孔口出风量已知总风量和各孔口出风量计算孔口出流速度计算孔口出流速度v0计算侧孔静压计算侧孔静压Pj设计设计D1，保证，保证vj/vd1.73计算计算Pd1，Pq1v046PqPjop静压法复得法的设计的压力图假设孔口流量系数，摩擦阻力系数为常数PjPjPjp1-2=Rm1l1+Z1Pd2,vd2,D2Pq2计算管段计算管段1-2的阻力的阻力p1-2计算断面计算断面2全压全压Pq2计算断面计算断面2动压动压Pd2计算计算vd2，D21247(1) 多

11、分支风道：静压复得法特别适合于多条主风道，而每条主风道又有很多分支道，出风口或末端装置均有相同的静压，对出风口或末端装置的选型和系统的平衡工作大为简化。(2)高速风道：为了使系统尽量经济，风机的风压尽可能选得合理，使它没有过剩的静压或基本接近所需的静压。圆形送风管道，8个等面积侧孔等风量送风，v0=4.5m/s，总风量8000m3/h，孔间距为1.5m，确定孔口面积、各断面直径及总阻力。48v01.5m孔口面积静压流速静压49原理：假定（选定）各管段的合理流速，根据流量确定管道尺寸pPqPjo假定流速法的设计的压力图506.3.2假定流速法设计步骤：1）绘制系统草图（轴测图），划分管段，对管段

12、编号、标注管段长度和相应流量，确定最不利环路 划分管段的原则：流量与断面尺寸不变的为同一管段 管段长度以中心线为界，不必扣除局部构件的长度 最不利环路：流动阻力最大的环路5112345678空调箱风机房间房间房间522）选定管段内空气流速 考虑因素：（1）流动阻力运行费用（2）消耗材料系统投资（3）噪声控制室内环境标准（4）最小流速防止颗粒物沉积(除尘系统) 一般通风系统中常用空气流速（m/s）53空调系统低速风管中常用空气流速（m/s）54除尘风管的最小空气流速（m/s）553）确定各管段断面尺寸，计算管段流动阻力（1）F = L / v F = a X b F = d2 / 4 管道断面尺

13、寸规格化： P250附录11（2）计算管内实际流速（3）计算管段的摩擦阻力和局部阻力 要加入该管段的其他已知阻力，例如除尘器、空调箱等设备阻力564）并联管路阻力平衡（1）阻力平衡的概念：若并联管路阻力不平衡，则在运行中会自平衡，但输送的流量已偏离设计要求12345677321632152141PPPP（2）允许的不平衡率：10 15 %15107321417321PPP57（3）阻力平衡的方法 a）调整管径采用估算方法)166(225. 0PPDDb）增大风量根据管路阻力特性)176(5 . 0PPLL c）阀门调节 对于多支管空调系统需进行实际调试，达到预期流量分配 阻力平衡宜沿最不利环路

14、逐段进行D-调整后管径D-原设计管径P-原设计支管阻力P-要求达到的支管阻力585）计算最不利环路总阻力将最不利环路上的各串联管段阻力相加6）选择风机（1）确定风机类别 根据被输送气体性质、系统总阻力、总风量（2）计算风机应有的风量、风压 考虑安全系数)196()186(LKLPKPLfpfKp-风压附加系数，一般系统1.11.15，除尘系统1.151.2KL-风量附加系数，一般系统1.1，除尘系统1.11.15（3）空气状态变化时21 /.P，PLLffff59例6-4（P161）最不利环路确定为：管段1+3+5+6+7总风量=1500+4000+800=6300m3/h管段划分、编号、标注

15、长度、风量见图有关条件：有关条件：除尘系统轻矿物粉尘常温气体圆形钢板风管袋式除尘器阻力1200Pa要求：要求：选择风机60风管内最小风速为，垂直风管12m/s，水平14m/s考虑漏风，管道6，7计算风量=6300*1.05=6615管段1，L1=1500m3/h，v1=14m/s，查图得管径和比摩阻，D1=200mm，Rm1=12.5Pa/m确定管段3、5、6、7的管径和比摩阻确定2、4的管径和比摩阻三通阻力，见实用供热空调设计手册（上，P1107）611-3-5-6-7支路总阻力=714Pa选择风机参数Pf = 1.15 x (1200+714)=2200 PaLf = 1.15 x 1.8

16、4 = 2.116 m3/s = 7618 m3/h6263 与工程实际密切相关的问题，本节介绍的一些原则，在工程中必须结合具体情况应用并不断总结参照标准及资料：通风与空调工程施工质量验收规范 GB50234-2002 2002年4月1日实施设计手册64 系统通过风管联系并采用同一空气处理设备和风机的整体1）对空气处理的要求相同（或相近） 送风：温湿度、洁净度 排风：排气性质、净化要求2）运行时间相同3）系统规模适度 便于运行管理、经济性4）注意不能合并的系统 可能造成交叉污染、引发事故651）首先要考虑与建筑、结构及其他设备工种（水、电等）的配合2）减少对工艺操作的影响3）管路走向设计合理、

17、力求简短平直、减少阻力、易于平衡4）少占空间5）便于施工、调试、维修661）常用断面形状 矩形：易于和建筑、装修配合；局部构件制作容易 常用于空调系统 圆形：阻力小；省材料、强度高；管道制作容易 常用于通风系统及空调高速风管 其他形状：根据实际需要2）断面尺寸定型化 提高生产率；便于工厂机械化生产和运输671）薄钢板 一般通风空调系统：0.51.5mm 除尘系统：1.53.0mm2）塑料板 含腐蚀性气体的通风系统683）无机玻璃钢 湿度较大的场合694）各种软管 金属、塑料 有的可带有保温层705）复合风管双层铝箔夹酚醛树脂单层铝箔加玻璃纤维其他715）复合风管726）新型柔性风管系统优越性：空气分布均匀，避免吹风感重量轻，安装方便快捷，对结构要求低灵活性好，便于系统