通风管道系统的设计计算

8.0概述8.1风管内气体流动的流态和阻力8.2风管内的压力分布8.3通风管道的水力计算8.4均匀送风管道设计计算8.5通风管道设计中的常见问题及其处理措施8.6气力输送系统的管道设计计算第8章通风管道系统的设计计算1定义：把符合卫生标准的新鲜空气输送到室内各需要地点，把室内局部地区或设备散发的污浊、有害气体直接排送到室外或经净化处理后排送到室外的管道。8.0概述分类：包括通风除尘管道、空调管道等。作用：把通风进风口、空气的热、湿及净化处理设备、送(排)风口、部件和风机连成一个整体，使之有效运转。设计内容：风管及其部件的布置；管径的确定；管内气体流动时能量损耗的计算；风机和电动机功率的选择。设计目标：在满足工艺设计要求和保证使用效果的前提下，合理地组织空气流动，使系统的初投资和日常运行维护费用最优。2通风除尘管道4风机1排风罩5风帽1排风罩2风管有害气体室外大气3净化设备如图，在风机4的动力作用下，排风罩（或排风口）1将室内污染空气吸入，经管道2送入净化设备3，经净化处理达到规定的排放标准后，通过风帽5排到室外大气中。3空调送风系统3风机1新风口室外大气2进气处理设备4风管5送风口室内如图，在风机3的动力作用下，室外空气进入新风口1，经进气处理设备2处理后达到卫生标准或工艺要求后，由风管4输送并分配到各送风口5，由风口送入室内。48.1风管内气体流动的流态和阻力8.1.1两种流态及其判别分析流体在管道内流动时，其流动状态，可以分为层流、紊流。雷诺数既能判别流体在风道中流动时的流动状态，又是计算风道摩擦阻力系数的基本参数。在通风与空调工程中，雷诺数通常用右式表示：8.1.2风管内空气流动的阻力产生阻力的原因：空气在风管内流动之所以产生阻力是因为空气是具有粘滞性的实际流体，在运动过程中要克服内部相对运动出现的摩擦阻力以及风管材料内表面的粗糙程度对气体的阻滞作用和扰动作用。阻力的分类：摩擦阻力或沿程阻力；局部阻力51沿程阻力空气在任意横断面形状不变的管道中流动时，根据流体力学原理，它的沿程阻力可以按下式确定：对于圆形截面风管，其阻力由下式计算：单位长度的摩擦阻力又称比摩阻。对于圆形风管，由上式可知其比摩阻为：（8-5）（1）圆形风管的沿程阻力计算6摩擦阻力系数λ与管内流态和风管管壁的粗糙度K/D有关图8-1摩擦阻力系数λ随雷诺数和相对粗糙度的变化1沿程阻力7有关过渡区的摩擦阻力系数计算公式很多，一般采用适用三个区的柯氏公式来计算。它以一定的实验资料作为基础，美国、日本、德国的一些暖通手册中广泛采用。我国编制的《全国通用通风管道计算表》也采用该公式：为了避免繁琐的计算，可根据公式（8-5）和式（8-7）制成各种形式的表格或线算图。附录4所示的通风管道单位长度摩擦阻力线算图，可供计算管道阻力时使用。运用线算图或计算表，只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，即可求得其余两个参数。（8-7）1沿程阻力8附录4通风管道单位长度摩擦阻力线算图9需要说明的是，附录4的线算图是是按过渡区的值，在压力B0=101.3kPa、温度t0=200C、空气密度0=1.24kg/m3、运动粘度=15.06×10-6m2/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2）空气温度和大气压力的修正3）管壁粗糙度的修正1沿程阻力10有一通风系统，采用薄钢板圆形风管（K=0.15mm），已知风量L＝3600m2/h（1m3/s）。管径D＝300mm，空气温度t＝30℃。求风管管内空气流速和单位长度摩擦阻力。=0.97解：查附录4，得υ＝14m/s，＝7.68Pa/m查图8-2得，=0.97×7.68Pa/m=7.45Pa/m[例8-1]1沿程阻力112.矩形风管的沿程阻力计算《全国通用通风管道计算表》和附录4的线算图是按圆形风管得出的，在进行矩形风管的摩擦阻力计算时，需要把矩形风管断面尺寸折算成与之相当的圆形风管直径，即当量直径，再由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。所谓“当量直径”，就是与矩形风管有相同单位长度摩擦阻力的圆形风管直径，它有流速当量直径和流量当量直径两种。（1）流速当量直径（2）流量当量直径12[解]矩道风道内空气流速

1）根据矩形风管的流速当量直径Dv和实际流速V，求矩形风管的单位长度摩擦阻力。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。[例8-2]13由V=5m/s、Dv=444mm查图得Rm0=0.62Pa/m2001.00.010.11004004000管径4035180流速3044450.62Rm(Pa/m)空气量m3/s450粗糙度修正系数[例8-2]14由L=1m3/S、DL=487mm查图2-3-1得Rm0=0.61Pa/mRm=1.96×0.61=1.2Pa/m2）用流量当量直径求矩形风管单位长度摩擦阻力。

矩形风道的流量当量直径0.011.02002001.00.010.11004004000管径4035180流速3044750.61RmPa/m空气量m3/s()()()()0.6250.250.6250.251.30.40.51.30.40.50.447LabDabm=+×=+=[例8-2]152局部阻力一般情况下，通风除尘、空气调节和气力输送管道都要安装一些诸如断面变化的管件(如各种变径管、变形管、风管进出口、阀门)、流向变化的管件（弯头）和流量变化的管件(如三通、四通、风管的侧面送、排风口)，用以控制和调节管内的气流流动。流体经过这些管件时，由于边壁或流量的变化，均匀流在这一局部地区遭到破坏，引起流速的大小，方向或分布的变化，或者气流的合流与分流，使得气流中出现涡流区，由此产生了局部损失。多数局部阻力的计算还不能从理论上解决，必须借助于由实验得来的经验公式或系数。局部阻力一般按下面公式确定：局部阻力系数也不能从理论上求得，一般用实验方法确定。在附录5中列出了部分常见管件的局部阻力系数。16局部阻力在通风、空调系统中占有较大的比例，在设计时应加以注意。减小局部阻力的着眼点在于防止或推迟气流与壁面的分离，避免漩涡区的产生或减小漩涡区的大小和强度。下面介绍几种常用的减小局部阻力的措施。减小局部阻力的措施（1）渐扩管和渐缩管几种常见的局部阻力产生的类型：１、突变２、渐变

17３、转弯处

４、分岔与会合θ2θ3123１３２θ1θ2减小局部阻力的措施18（2）三通图8-4三通支管和干管的连接19（3）弯但管图8-5圆形陶风管市弯头图8-6矩形服风管侧弯头图8-7设有唐导流王片的外直角挎弯头（4）鲜管道嚼进出葬口图8-均8风管进委出口阻贵力20（5）管趟道和风娱机的连灵接图8-抹9风机滩进出秘口管翼道连遥接218.如2风管内撒的压力亡分布8.股2.妥1动压、氏静压和幅全压空气在驶风管中紫流动时螺，由于荐风管阻戚力和流无速变化躬，空气狐的压力码是不断饲变化的爷。研究靠风管内混压力的副分布规者律，有艳助于我卧们正确迎设计通律风和空窑调系统蜡并使之兔经济合驳理、安萝全可靠福的运行炮。分析捉的原移理是甚风流阿的能戴量方版程和捎静压接、动爽压与地全压耐的关花系式混。动压(Pd):指空气再流动时月产生的莲压力，帐只要风苏管内空榜气流动黄就具有犯一定的昼动压，抛其值永块远是正惩的。静压(Pj):由于沟空气续分子败不规扑则运柴动而唯撞击锤于管遵壁上枣产生佛的压罩力称摆为静圣压。计算观时，转以绝敢对真铅空为骗计算版零点逃的静群压称外为绝浪对静程压。垂以大性气压拍力为竹零点姻的静凝压称躲为相起对静据压。聚空调秀中的柏空气遵静压演均指煤相对将静压怒。静压勤高于圣大气同压时插为正输值，规低于宵大气通压时菌为负束值。228.申2风管内拌的压力蚁分布全压(Pq)崖:全压是舌静压和绢动压的景代数和抹：Pq＝Pj十Pd全压丢代表l泳m3气体所播具有的菊总能量恩。若以筋大气压锣为计算岩的起点厉，它可姿以是正愤值，亦嗽可以是殃负值。Z2Z112根据抹能量禽守恒旷定律恐，可察以写盛出空柴气在怜管道先内流晒动时雷不同雁断面虾间的毒能量辞方程雁（伯福努利鱼方程毯）。我们央可以奸利用薪上式表对任侧一通贡风空飞调系关统的雾压力扯分布剥进行恒分析238.2商.2风管内扯空气压促力的分丸布把一露套通旨风除送尘系释统内得气流击的动默压、较静压变和全蹦压的赢变化森表示厚在以犹相对芹压力萍为纵祝坐标淡的坐仅标图萄上，挂就称丈为通宴风除抬尘系亩统的泡压力究分布艳图。设有图8-促10所示茎的通哑风系棵统，松空气秃进出涨口都更有局雀部阻够力。哭分析弦该系锋统风建管内队的压洁力分扔布。248.3通风管隙道的水到力计算8.3困.1风道院设计建的内王容及狐原则风道的幻玉水力计串算分设计葛计算和校核迹计算两类。风道设呀计时必鸦须遵循汤以下的遥原则：（1）系统逢要简洁按、灵活富、可靠锄；便于径安装、望调节、抱控制与此维修。（2）断来面尺锁寸要爸标准伍化。（3）断奥面形旺状要干与建反筑结补构相窃配合惠，使作其完版美统盟一。8.3扫.2风道荐设计腹的方拢法管水力煌计算方浓法有假腰定流速象法、压优损平均伙法和静酷压复得稳法等几罩种，目福前常用挤的是假呜定流速肆法。258.3忘.3风道设货计的步框骤下面岩以假惕定流暖速法肚为例驱介绍黄风管辟水力毙计算子的步悲骤。（1）绘碎制通毕风或饥空调变系统自轴测两图（2）确定影合理的华空气流荒速（3）根据此各管段鹿的风量狼和选择身的流速家确定各惧管段的匹断面尺晕寸，计阵算最不报利环路蜂的摩擦遇阻力和页局部阻材力（4）并联匆管路的减阻力计塌算（5）计腹算系访统的广总阻绝力（6）选择损风机267l=3.哨7m风机8l=12潮m654321910L=拐55强00寻m3须/hL=2券700胖m3/编hL=2聚650体m3/宝hl=4搂.2嘴ml=5犯.5艇ml=5挡.5例ml=6.撒2m通风方除尘储系统逆的系辫统图[例8-3拒]l=5慨.4意m除尘器图8-1竿1所示姥为某厅车间蝇的振代动筛自除尘锤系统决。采志用矩巨形伞暗形排造风罩曾排尘欢，风虫管用识钢板保制作胳（粗嗓糙度K＝0.1震5mm），输宝送含有笑铁矿粉筹尘的含乳尘气体防，气体倒温度为20℃。该系川统采用CLS佣Φ80绑0型水膜挑除尘器尸，除尘溉器含尘及气流进直口尺寸巴为31壶8m唉m×姥55拉2m帮m，除尘撑器阻力900算Pa。对骄该系巡寿统进步行水厦力计络算，贵确定荣该系趴统的护风管含断面假尺寸时和阻须力并抓选择响风机把。272829303132333435363738398.叛4均匀稠送风迫管道墓设计牧计算在通风搞、空调浊、冷库姨、烘房寨及气幕寇装置中恢，常常轮要求把既等量的爽空气经以由风道刚侧壁（湖开有条半缝、孔骗口或短盏管）均块匀的输阵送到各中个空间龙，以达避到空间引内均匀烛的空气租分布。凝这种送纯风方式嘱称为均俭匀送风将。均匀送教风管道毯通常有么以下几攻种形式忆：（1）条袄缝宽拿度或衣孔口口面积戏变化皱，风帖道断奏面不搅变，星如图8-持14所示氏。图8-14风道断面F及孔口流量系数不变，孔口面积变化的均匀吸送风吹出吸入从条缝笋口吹出探和吸入尼的速度润分布40（2）风道堤断面变矛化，条隶缝宽度牙或孔口攀面积不晒变，如塑图8-1健5所示。图8-自15风道爆断面F变化，族孔口流恨量系数及孔口邀面积盘不变的形均匀送谨风（3）风先道断旺面、吗条缝棵宽度炭或孔交口面喜积都令不变纠，如井图8-1示6所示。风道断面F及孔口面积不变时，管内静压会不断增大，可以根据静压变化，在孔口上设置不同的阻体来改变流量系数。8.肃4均匀女送风往管道爷设计造计算418.萌4.闻1均匀送诱风管道税的设计薯原理风管内夜流动的纪空气，泪在管壁忧的垂直撞方向受臂到气流升静压作伶用，如滨果在管拨的侧壁粘开孔，吴由于孔推口内外经静压差弦的作用逮，空气酱会在垂两直管壁协方向从梁孔口流即出。但登由于受粉到原有码管内轴折向流速剥的影响凶，其孔蹄口出流暖方向并减非垂直邮于管壁晶，而是沃以合成急速度沿功风管轴篮线成烟角的若方向流似出，如谁图8-1川7所示。ff0vjvdvf0图8-郊17孔口出旬流状态靠图421.出流疑的实馅际流颗速和蹦流向静压差于产生的压流速为饿：空气从横孔口出蒜流时，醉它的实托际流速云和出流掌方向不病仅取决候于静压花产生的酒流速大框小和方问向，还浑受管内榨流速的伞影响。碰孔口出爸流的实筹际速度赚为二者绢的合成霸速度。辉速度的崖大小为眼：利用齿速度刘四边虏形对斧角线亚法则攻，实绩际流群速影的恐方向抽与风钓道轴厅线方恐向谢的济夹角液（出招流角倚）为空气幕在风誓管内贫的轴桶向流肤速为唤：8.廉4.昆1均匀幻玉送风其管道猛的设石计原滨理432.孔口出辽流的风肚量对于计孔口品出流眨，流奏量可猛表示槽成：孔口处皇平均流蛙速：8.鬼4.峡1均匀颜送风崭管道介的设馆计原民理443.实现均苏匀送风想的条件要实现亲均匀送差风需要稍满足下虏面两个侨基本要返求：1）各侧兵孔或短闭管的出吃流风量姓相等；2）出钳口气指流尽插量与哄管道怠侧壁比垂直片，否汉则尽傍管风绵量相衰等也双不会羞均匀乔。从式助（8-宿34）可以止看出，羽对侧孔拨面积状保持不堡变的均巷匀送风颤管道，惰要使各正侧孔的蔑送风量滩保持相显等，必遣需保证站各侧孔费的静压市和流仍量系数叹相等巨；要使仰出口气圈流尽量略保持垂厌直，要昆求出流诱角的接丝式近90陕°。下面具剖体分析亩各项措种施。如图8-余18所示塞有两嫌个侧剑孔，童根据渡流体策力学遭原理喷可知捕，断危面1处的婶全压遇应等滑于断规面2处的蕉全压婆加上曾断面1-燥2间的鱼阻力休，即（1）保叨持各慎侧孔等静压悦相等45由此迫说明杠，欲种使两桐个侧绩孔静吓压相苹等，色就必命须有也就显是说晚，若瞧能使贿两个踪蝶侧孔馋的动袖压降淹等于蹲两侧愧孔间衡的风程管阻灶力，酱两侧短孔处选的静拨压就娘保持拆相等主。图8-1符8侧孔出姓流状态抖图46（2）保磁持各随侧孔有流量忆系数贞相等=700=600=500=400=9000.40.50.60.70.80.11.00.5图8-19锐边孔口的值（3）增大出流角度风管中静压与动压的比值愈大，气流在侧孔的出流角度也愈大，即出流方向与管壁侧面愈接近垂直（如图8-20（a）所示）。比值愈小，出流就会向风管末端偏斜，难于达到均匀送风的目的（如图8-20（b）所示）。a）b）图8-2偏0侧孔气邮流出流址方向与符送风均饿匀性478.4疯.2均匀送粗风管道见的计算均匀爽送风暂管道糖计算壶的目惰的是沾确定按侧孔积的个饲数、晌间距泻、面富积及裂出风辩量，毕风管宿断面罪尺寸私和均就匀送足风管商段的印阻力痰。均匀摘送风揭管道淹计算仇和一扯般送廊风管娘道计题算相凶似，串只是胀在计锅算侧常孔送峡风时沉的局愉部阻司力系狠数时棕需要瓦注意土。侧该孔送漫风管珠道可滤以认娱为是岛支管蛛长度子为零霞的三侄通。产当空机气从译侧孔伸出流葬时产届生两傅种局吸部阻网力，尼即直液通部春分的疯局部疲阻力灵和侧夏孔局炮部阻勿力。直通部分的局部阻力系数可以按布达柯夫提出的公式确定也可以由表8-7查出。侧孔膛的局塔部阻启力系芽数可以由记塔利耶陵夫的试战验数据季（表8-8）确勉定，立也可迷以按岸下式躺计算488.5通风茧