通风系统管道设计计算培训讲义

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）弯管图8-5圆形风管弯头图8-6矩形风管弯头图8-7设有导流片的直角弯头（4）管道进出口图8-8风管进出口阻力20（5）管扰道和风芝机的连双接图8-9风机进橡出口管速道连接218.2风管内妹的压力惧分布8.2童.1动压爷、静顷压和位全压空气在逗风管中顾流动时脏，由于上风管阻挎力和流任速变化资，空气竭的压力且是不断观变化的责。研究乘风管内滨压力的舟分布规膊律，有喷助于我料们正确克设计通崭风和空灰调系统叶并使之卸经济合售理、安圆全可靠瓜的运行砌。分析的盼原理是门风流的始能量方可程和静忆压、动精压与全素压的关疗系式。动压(Pd):指空普气流努动时烛产生昂的压校力，骄只要宵风管凉内空牲气流筋动就找具有更一定投的动角压，费其值龟永远垦是正挣的。静压(Pj):由于空野气分子渠不规则宝运动而惊撞击于海管壁上煌产生的致压力称斤为静压痰。计算捧时，幕以绝怪对真龟空为脆计算肠零点裹的静谋压称窑为绝写对静幻玉压。兼以大强气压才力为敢零点爱的静而压称需为相句对静视压。植空调恰中的借空气慈静压除均指毒相对袖静压幅。静压振高于页大气欣压时生为正都值，因低于服大气冠压时灭为负脆值。228.2风管盐内的陕压力址分布全压(Pq)

:全压敏是静星压和蹲动压赤的代再数和驻：Pq＝Pj十Pd全压代此表l

m3气体所魔具有的升总能量控。若以项大气压耐为计算袍的起点答，它可秘以是正深值，亦份可以是脆负值。Z2Z112根据能盘量守恒犁定律，太可以写匹出空气离在管道圣内流动伙时不同能断面间毕的能量险方程（逼伯努利员方程）烈。我们可堪以利用际上式对蚂任一通漂风空调醒系统的欠压力分镰布进行脆分析238.2袄.2风管屑内空夹气压项力的矿分布把一策套通值风除历尘系培统内颜气流达的动称压、后静压及和全重压的挠变化根表示蛋在以浆相对边压力乐为纵赴坐标惜的坐缠标图恨上，师就称恨为通昌风除概尘系航统的诞压力怕分布接图。设有图8-1稳0所示的登通风系回统，空浊气进出遮口都有扔局部阻牲力。分尾析该系趟统风管氏内的压已力分布翻。248.3通风管消道的水柄力计算8.脸3.脆1风道设尖计的内占容及原蹦则风道的器水力计裤算分设计冶计算和校核管计算两类算。风道设娱计时必乡丰须遵循偶以下的区原则：（1）系统金要简洁且、灵活缝、可靠西；便于渗安装、阅调节、扭控制与里维修。（2）断面唉尺寸要尖标准化花。（3）断面灭形状要带与建筑宇结构相百配合，厨使其完灾美统一夸。8.3腊.2风道设去计的方笑法管水丢力计避算方肝法有君假定庸流速面法、五压损蜓平均业法和怀静压贵复得抽法等图几种源，目凯前常弊用的释是假逝定流赞速法餐。258.梦3.蛾3风道设择计的步律骤下面以嗽假定流敲速法为汇例介绍长风管水票力计算穴的步骤肺。（1）绘奸制通瞎风或烈空调雕系统炊轴测技图（2）确它定合赴理的辞空气裁流速（3）根据那各管段匙的风量腊和选择采的流速长确定各拆管段的斑断面尺舌寸，计逐算最不工利环路波的摩擦奇阻力和宣局部阻跪力（4）并联爸管路的俭阻力计先算（5）计迅算系公统的贝总阻主力（6）选判择风之机267l=3筐.7最m风机8l=12历m654321910L=巨55跑00业m3要/hL=删27刚00积m3东/hL=2伙650扔m3/担hl=4吩.2桌ml=5.屑5ml=5莫.5素ml=6赛.2程m通风除决尘系统伐的系统术图[例8-狠3]l=5.杠4m除尘器图8-1捏1所示为弱某车间慌的振动遭筛除尘哲系统。间采用矩部形伞形照排风罩递排尘，租风管用偏钢板制绵作（粗急糙度K＝0.1霜5mm），输缓送含有盘铁矿粉咸尘的含倘尘气体衣，气体仓温度为20咱℃。该究系统善采用CL串SΦ营80酬0型水膜爽除尘器言，除尘负器含尘称气流进裹口尺寸膊为31惕8m涛m×树55燥2m垃m，除精尘器扰阻力90惹0Pa。对该拆系统进惩行水力货计算，炊确定该榆系统的盐风管断淹面尺寸尿和阻力美并选择肾风机。272829303132333435363738398.凶4均匀送顾风管道朴设计计曾算在通效风、牙空调凉、冷蚊库、醉烘房逆及气闹幕装麻置中勿，常家常要厅求把忠等量逗的空乒气经场由风某道侧冬壁（士开有泊条缝农、孔鸭口或肺短管尘）均穗匀的弯输送什到各艇个空眯间，颈以达佛到空寇间内按均匀蜻的空院气分买布。娃这种诉送风更方式夫称为牌均匀那送风享。均匀送必风管道奴通常有促以下几肃种形式魔：（1）条缝佩宽度或上孔口面嫌积变化狭，风道第断面不鉴变，如虾图8-1誓4所示。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落缝口场吹出郑和吸累入的搭速度缓分布40（2）风道餐断面变乐化，条印缝宽度庆或孔口塞面积不抬变，如谈图8-烧15所示元。图8-叼15风道溪断面F变化构，孔室口流违量系焰数及孔戏口面跑积鸭不锁变的狼均匀乡丰送风（3）风拒道断探面、眨条缝叮宽度楚或孔职口面冲积都株不变布，如享图8-1慈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。8.4均匀送由风管道辫设计计后算418.云4.泄1均匀送琴风管道孔的设计垫原理风管内遗流动的离空气，葡在管壁扣的垂直拒方向受梳到气流偶静压作愧用，如凳果在管搜的侧壁兼开孔，炼由于孔蜻口内外凶静压差侵的作用苏，空气回会在垂克直管壁谊方向从僵孔口流茎出。但贪由于受吼到原有繁管内轴升向流速僵的影响羊，其孔紧口出流遍方向并针非垂直掠于管壁两，而是缺以合成护速度沿野风管轴净线成澡角的梢方向流养出，如冒图8-墙17所示秧。ff0vjvdvf0图8-摘17孔口盐出流晴状态榆图421.出流的谜实际流症速和流畏向静压差泊产生的虽流速为唐：空气茅从孔鸟口出序流时晕，它启的实柱际流晋速和袜出流其方向粥不仅碎取决测于静咽压产滩生的垂流速湿大小瓣和方论向，付还受低管内验流速戏的影狠响。翠孔口矮出流灵的实劣际速茄度为慎二者毯的合蓬成速香度。伙速度恨的大座小为议：利用速费度四边贺形对角战线法则弯，实际阁流速凳的方向芦与风道仿轴线方须向亲的笛夹角（捎出流角骆）为空气在萄风管内启的轴向寸流速为面：8.长4.税1均匀条送风柱管道签的设洁计原稠理432.孔口西出流辈的风绢量对于映孔口宇出流辨，流生量可蕉表示辽成：孔口处体平均流哨速：8.4盐.1均匀送康风管道衬的设计妨原理443.实现均亩匀送风椅的条件要实说现均誉匀送敢风需贵要满沿足下冲面两突个基嫩本要膀求：1）各反侧孔汤或短气管的扎出流奶风量朝相等除；2）出嫁口气刷流尽楼量与胀管道没侧壁肠垂直疤，否喘则尽奶管风耍量相拌等也花不会虏均匀冈。从式嗽（8-却34）可茅以看斜出，壳对侧黎孔面属积灾保翠持不烂变的惠均匀良送风森管道崇，要准使各肉侧孔汽的送树风量炼保持磁相等染，必乌需保颗证各攀侧孔兽的静洞压浊和趟流量舅系数些相等咳；要饥使出伪口气救流尽纠量保船持垂费直，杨要求括出流魔角占接煤近90轧°。下面凳具体述分析签各项青措施杀。如图8-皂18所示诱有两德个侧替孔，曲根据造流体送力学愤原理两可知羡，断笨面1处的剃全压库应等国于断分面2处的攀全压竖加上即断面1-窄2间的绩阻力不，即（1）保持汪各侧孔鸟静压相鸡等45由此说撇明，欲屯使两个喉侧孔静猎压相等究，就必嘴须有也就是舟说，若刺能使两并个侧孔税的动压垫降等于授两侧孔胖间的风邪管阻力泛，两侧弃孔处的点静压就步保持相湖等。图8-1告8侧孔红出流塌状态筑图46（2）保解持各方侧孔妨流量舱系数第相等=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-宴20侧孔良气流自出流励方向浪与送池风均小匀性478.男4.亏2均匀工送风云管道痕的计究算均匀送莲风管道哪计算的炼目的是锯确定侧费孔的个均数、间洋距、面济积及出岩风量，胸风管断司面尺寸逼和均匀贷送风管泳段的阻尤力。均匀送黑风管道奸计算和逮一般送陵风管道僚计算相顶似，只汤是在计筐算侧孔豪送风时缓的局部强阻力系库数时需诵要注意逼。侧孔意送风管随道可以牙认为是沉支管长普度为零架的三通浅。当空娱气从侧霞孔出流败时产生圆两种局粗部阻力抱，即直摆通部分挑的局部甲阻力和夸侧孔局切部阻力报。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。侧孔布的局打部阻没力系仁数可以扒由塔楼利耶茅夫的哄试验锈数据甲（表8-8）确扑定，蜘也可旺以按滴下式惠计算488.