通风管道的设计计算

通风管道的设计计算本章内容提要及重点§1水力计算基础§2通风管路水力计算§3管道内的压力分布§4均匀送风管道设计计算§5通风管道设计中的有关问题第2页,共65页，2024年2月25日，星期天第一节水力计算基础本节重点：摩擦阻力与局部阻力的概念比摩阻的概念与线算图的使用局部阻力系数的查询第3页,共65页，2024年2月25日，星期天一、摩擦阻力空气在横断面形状不变的管道内流动时的摩擦阻力按下式计算：摩擦阻力或沿程阻力是风管内空气流动时，由于空气本身的粘性及其与管壁间的摩擦而引起的沿程能量损失。对圆形风管：第4页,共65页，2024年2月25日，星期天式中Δ—风管内壁凸起的高度，mm。

柯式公式不仅适用于紊流过渡区，而且也适用于紊流光滑管区和紊流粗糙管区。

为了避免繁琐的计算，可根据式(1)和式(2)制成各种表或线解图，教材附录9(P243)就是一种线解图，可用于计算管道通风阻力。

摩擦阻力系数λ与管内的流态Re和风管管壁的粗糙度Δ/D有关，λ＝f(Re,Δ/D)。

通风工程中常用柯列布鲁克(Colebrook)公式计算摩擦阻力系数，柯式公式为第5页,共65页，2024年2月25日，星期天通风管道单位长度摩擦阻力线算图教材P243流速管径第6页,共65页，2024年2月25日，星期天附录6所示的线解图，可供计算管道阻力时使用。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的两个参数。第7页,共65页，2024年2月25日，星期天1、密度和粘度修正Pa/m第8页,共65页，2024年2月25日，星期天2、空气温度和大气压力修正Kt和KB

也可直接由图查得。第9页,共65页，2024年2月25日，星期天3、管壁粗糙度的修正风管材料粗糙度/mm薄钢板或镀锌薄钢板0.15～0.18塑料板0.01～0.05矿渣石膏板1.0矿渣混凝土板1.5胶合板1.0砖砌体3～6混凝土1～3木板0.2～1.0各种材料的粗糙度Δ当风管管壁的粗糙度Δ≠0.15mm时，可按下式修正。第10页,共65页，2024年2月25日，星期天

例：有一通风系统，采用薄钢板圆形风管(Δ＝0.15mm)，已知风量L＝3600m3/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。

解：查图，得v＝14m/s，Rm0＝7.7Pa/m。

查图6-2得，Kt＝0.97。

Rm＝KtRm0＝0.97×7.7＝7.47Pa/m第11页,共65页，2024年2月25日，星期天二、矩形风管的摩擦阻力附录6是按圆形管道得出的，对于矩形管道需先把矩形断面折算成当量直径。所谓当量直径，是指与矩形风管有相同单位长度摩擦阻力的圆形风管的直径，分流速当量直径和流量当量直径。第12页,共65页，2024年2月25日，星期天1.流速当量直径DV2.流量当量直径DL第13页,共65页，2024年2月25日，星期天注意：利用当量直径求矩形风管阻力时，要注意其对应关系：采用流速当量直径时，必须用流速去查比摩阻采用流量当量直径时，必须用流量去查比摩阻第14页,共65页，2024年2月25日，星期天三.局部阻力当风流的方向和断面大小发生变化或通过管件设备时，由于在边界急剧改变的区域出现旋涡区和流速的重新分布而产生的阻力称为局部阻力。当空气流过断面变化的管件(如各种变径管、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、排风门)都会产生局部阻力。ζ由实验测定，并整理成经验公式，见附录10（P244）第15页,共65页，2024年2月25日，星期天突然扩大突然缩小渐扩管渐缩管附录10教材P244第16页,共65页，2024年2月25日，星期天伞形罩圆形弯头矩形弯头附录10教材P244第17页,共65页，2024年2月25日，星期天合流三通附录10教材P244~249F1+F2>F3F1=F3α=30°v3F3v3F3v3F3F1+F2=F3

α=30°F1+F2>F3F1=F3α=30°第18页,共65页，2024年2月25日，星期天如何查询局部阻力系数？例1

有一合流三通，如图所示，已知

L1＝1.17m3/s(4200m3/h)，D1＝500mm，v1＝5.96m/s

L2＝0.78m3/s(2800m3/h)，D2＝250mm，v2＝15.9m/s

L3＝1.94m3/s(7000m3/h)，D3＝560mm，v3＝7.9m/s

分支管中心夹角α＝30°。求此三通的局部阻力。第19页,共65页，2024年2月25日，星期天解：按附录7(P245)列出的条件，计算下列各值

L2/L3＝0.78/1.94＝0.4

F2/F3＝(D2/D3)2＝(250/560)2＝0.2

经计算F1＋F2≈F3

根据F1＋F2＝F3及L2/L3＝0.4、F2/F3＝0.2查得

支管局部阻力系数ζ2＝2.7

直管局部阻力系数ζ1＝－0.73

支管的局部阻力Pa直管的局部阻力Pa第20页,共65页，2024年2月25日，星期天为什么局部阻力系数会出现负值？两股气流在汇合过程中的能量损失一般是不相同的，它们的局部阻力应分别计算，对应有两个阻力系数。

当合流三通内直管的气流速度大于支管的气流速度时，直管会引射支管气流，即流速大的直管气流失去能量，流速小的支管气流得到能量，因而支管的局部阻力有时出现负值。这称为引射现象。解决的办法：尽可能做到各分支管内流速相等，防止出现引射现象。第21页,共65页，2024年2月25日，星期天例2已知L2/L3＝0.2，F2/F3＝0.25

F1＋F2＝F3，α＝30°查ζ1和ζ2ζ1=0.24，ζ2=-0.25思考已知L2/L3＝0.347，F2/F3＝0.34

F1＋F2＝F3，α＝30°如何查ζ1和ζ2？线性插值法第22页,共65页，2024年2月25日，星期天减小局部阻力的措施(1)避免风管断面的突然变化

用渐缩或渐扩管代替突然缩小或突然扩大。(2)减少风管的转弯数量，尽可能增大转弯半径。

圆形风管弯头的曲率半径一般大于(1～2)倍管径；矩形风管弯头断面的长宽比（B/A）愈大，阻力愈小。采用矩形直角弯头，应在其中设导流片。第23页,共65页，2024年2月25日，星期天(3)三通汇流要防止出现引射现象。分支管道中心线夹角要尽可能小。一般要求不大于30°。(4)降低管道进口和排风口的流速气流进入风管时，由于产生气流与管道内壁分离和涡流现象造成局部阻力，对于不同的进口形式，局部阻力相差较大。气流从风管口排出时，其在排出前所具有的能量全部损失。当出口处无阻挡时，此能量损失等于出口动压，当有阻挡(风帽、网格、百叶)时，能量损失将大于出口动压，就是说ζ>1。为了降低出口动压损失，有时把出口制作成扩散角较小的渐扩管，ζ＜1。第24页,共65页，2024年2月25日，星期天第二节风管内的压力分布第25页,共65页，2024年2月25日，星期天单位体积流量的能量方程对于无压源的水平管道，以管道轴线为基准面，则有第26页,共65页，2024年2月25日，星期天压力坡度图第27页,共65页，2024年2月25日，星期天213456789P0第28页,共65页，2024年2月25日，星期天第三节通风管路水力计算第29页,共65页，2024年2月25日，星期天一.何为通风管道的水力计算通风管道的水力计算是在系统和设备布置、风管材料、各送排风点的位置和风量均已确定的基础上，确定各管段的管径(或断面尺寸)和阻力，保证系统内达到要求的风量分配，最后确定风机的型号和动力消耗。通风管道的水力计算最常用的方法是假定流速法。第30页,共65页，2024年2月25日，星期天二.假定流速法的计算步骤绘制通风或空调系统轴测图，对各管段进行编号，标注长度和风量；选定最不利环路；确定合理的空气流速；具体根据风量和流速确定管段的断面尺寸，计算最不利环路的摩擦阻力和局部阻力；并联管路的阻力平衡；具体计算系统的总阻力；选择风机。具体第31页,共65页，2024年2月25日，星期天实例如图示的通风系统。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。该系统采用脉冲喷吹清灰袋式除尘器，除尘器阻力ΔPc＝1200Pa。对该系统进行水力计算，并选择风机。第32页,共65页，2024年2月25日，星期天

1、对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。

2、选定最不利环路，本系统选择

l—3—5—除尘器－6—风机－7为最不利环路。

3、根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。

根据教材表6-4(P159)，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的计算风量为6300×1.05＝6615m3/h。第33页,共65页，2024年2月25日，星期天所选管径按通风管道统一规格调整为：

D1＝200mm；实际流速v1＝13m/s；由附录6的图得，Rm1＝12.5Pa/m。

同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，具体结果见下表。

4、确定管段2、4的管径及单位长度摩擦阻力，见下表。

管段1

有水平风管，根据L1=1500m3/h(0.42m3/s)、v1＝14m/s，求出管径为：m=195mm第34页,共65页，2024年2月25日，星期天管道水力计算汇总表管流量长度管径流速动压局部阻力系数局部阻力比摩阻摩擦阻力管道阻力115000.421120014117.61.37161.112.5137.5298.6323000.64524014117.6-0.05-5.9126054.1563001.75538014117.60.6171.75.527.599.2666151.8444201286.40.4740.64.51858.6766151.8484201286.40.651.84.53687.828000.22614014117.60.6171.718108179.7440001.11628016153.61.81278.01484362.028000.2213015.9249.7第35页,共65页，2024年2月25日，星期天5、确定各管段的局部阻力系数

查通风设计手册等资料确定局部阻力系数。

(1)管段1

设备密闭罩ζ＝1.0

900弯头(R/D=1.5)一个ζ＝0.17

直流三通(1→3)

根据F1＋F2≈F3，即0.0283＋0.0154＝0.0437≈0.0452

α＝300

F2/F3＝(140/240)2＝0.34，L2/L3＝800/2300＝0.348查得ζ13＝0.2(使用插值法)

管段1总的局部阻力系数为

Σζ＝1.0＋0.17＋0.2＝1.37第36页,共65页，2024年2月25日，星期天

(2)管段2

圆形伞罩α＝600

ζ＝0.09

900弯头(R/D＝1.5)一个ζ＝0.17

600弯头(R/D＝1.5)一个ζ＝0.14

合流三通(2→3)ζ23＝0.2

管段2总的局部阻力系数为

Σζ＝0.09＋0.17＋0.14＋0.2＝0.6第37页,共65页，2024年2月25日，星期天

(3)管段3

直流三通(3→5)，如图所示。

F3＋F4＝F5即0.0452＋0.0615＝0.108≈0.113

α＝30°

F4/F5＝(280/380)2＝0.54

L4/L5＝4000/6300＝0.63

ζ35＝－0.05

Σζ＝－0.05

(4)管段4

设备密闭罩ζ＝1.0

900弯头(R/D＝1.5)一个ζ＝0.17

合流三通(4→5)ζ45＝0.64

管段4总的局部阻力系数为

Σζ＝1.0＋0.17＋0.64＝1.81第38页,共65页，2024年2月25日，星期天

(5)管段5

除尘器进口变径管(渐扩管)

除尘器进口尺寸300mm×800mm，变径管长度l＝500mm

tgα=0.5×(800-380)/500＝0.42

α=22.7°

ζ＝0.60

Σζ＝0.60第39页,共65页，2024年2月25日，星期天

(6)管段6

除尘器出口变径管(渐缩管)

除尘器出口尺寸300mm×800mm，变径管长度l＝500mm

tg(α/2)=0.5×(800-420)/500＝0.38α=41.60ζ＝0.10

900弯头(R/D＝1.5)2个ζ＝2×0.17＝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拟选一台风机，风机进口直径D1＝450mm，变径管长度l＝300mm

F0/F6＝(450/420)2＝1.15

tg(α/2)=0.5×(450-420)/300＝0.05

α=5.70

ζ＝0.02

管段6总的局部阻力系数为

Σζ＝0.1＋0.34＋0.02＝0.46第40页,共65页，2024年2月25日，星期天

(7)管段7

风机出口渐扩管

风机出口尺寸360mm×315mmD7＝420mm

F7/F出＝0.138/0.113＝1.22tg(α/2)=0.5×(420-360)/300＝0.1

α=11.40ζ=0.02

带扩散管的伞形风帽(h/D0＝0.5)

ζ＝0.6

管段7总的局部阻力系数为

Σζ＝0.02+0.6=0.62

6、计算各管段的摩擦阻力和局部阻力

计算结果见表。第41页,共65页，2024年2月25日，星期天

7、对并联管路进行阻力平衡

(1)汇合点A

ΔP1＝334PaΔP2=181.6Pa为了使管段1、2达到阻力平衡，改变管段2的管径，增大其阻力。减小管段2的管径为mm根据通风管道统一规格，取D2″＝120mm，此时的阻力Pa第42页,共65页，2024年2月25日，星期天满足平衡条件，取D2＝120mm，其对应的阻力360.3Pa。

(2)汇合点B

ΔP1＋ΔP3＝334＋54＝442Pa

ΔP4＝435.9Pa满足平衡条件，管路1、3处于平衡。第43页,共65页，2024年2月25日，星期天

8、计算系统的总阻力

按管路1—3—5—除尘器－6—风机－7进行计算

ΔP＝ΔP1＋ΔP3＋ΔP5＋ΔPc＋ΔP6＋ΔP7

ΔP＝334＋54＋112.9＋1200＋66.8＋101.8＝1870Pa

9、选择风机风机风量Lf＝1.15L＝1.15×6615＝7607m3/h=2.11m3/s风机风压Pf＝1.15ΔP＝1.15×1870＝2151Pa＝2.151kPa

管网阻抗K＝Pf/Lf2＝2.151/2.112＝0.483管网特性方程ΔP＝0.483L2第44页,共65页，2024年2月25日，星期天从风机产品目录中选用C4-73NO.4.5离心排尘通风机。工况点风压为2.25kPa，风量为2.11m3/s，全压效率为88%。

风机转数n＝2800r/min，配用Y132S2-2型电动机，功率7.5kW。第45页,共65页，2024年2月25日，星期天第四节均匀送风管道设计计算第46页,共65页，2024年2月25日，星期天一.设计的原理第47页,共65页，2024年2月25日，星期天孔口面积上的平均流速可以按下式计算：孔口流出的风量：第48页,共65页，2024年2月25日，星期天风口的流速分布如图：（矩形送风管断面不变，采用等条缝口送（排）风）要实现均匀送风可采取的措施：（如图）

1、设阻体；

2、改变断面积；

3、改变送风口断面积；

4、增大F，减小f0。第49页,共65页，2024年2月25日，星期天第50页,共65页，2024年2月25日，星期天二.实现均匀送风的条件1.保持各侧孔静压相等；即保持两侧孔静压相等的条件是：两侧孔的动压降等于两侧孔间的阻力。第51页,共65页，2024年2月25日，星期天2.保持各侧孔流量系数相等；μ与孔口形状、流角α以及L0/L=有关，在范围内，μ≈0.6。第52页,共65页，2024年2月25日，星期天3.增大出流角α。保持α≥60°，接近90°。必须使要求较高时，可在孔口处安装垂直于侧壁的挡板，或把孔口改成短管。第53页,共65页，2024年2月25日，星期天三.局部阻力系数和流量系数通常把侧孔送风的均匀管道看作是支管长度为0的三通，局部阻力包含两部分：直通部分局部阻力和侧孔出流的局部阻力。侧孔流量系数μ=0.6~0.65；直流三通局部阻力系数：由L0/L查表6-6(P168)L0L1LL0/L00.10.20.30.40.50.60.70.80.9