工业通风 通风管道的设计计算

力确定风机的类型。例如输送清洁空气， 选用一般的风机，输送有爆炸危险的气体 和粉尘，选用防爆风机，输送腐蚀性气体 选用防腐风机。 （2）考虑到风管、设备的漏风及阻力计 算的不精确，应将计算的流量和阻力乘以 一个安全系数再选风机。 （3）当风机在非标准状态下工作，应将 上面的流量和阻力换算为标准状态，再从 产品样本上选择风机。 （4）选出风机的出口方向。
管内风速 （m/s） ＜14 ＜14 8~12 18~20 16~18 16~18 18~20 18~20 18~20 16~18
风管长度 （m）
30 50 50 50~60 50 ＜40 50 30 30~40 15
排风点 个数 2个以上 4个以上
2 ＞6 ＞2 ＞3 ≤3 2~4 1
估算压力损 失（Pa）
所谓假定流速法：是先按技术经济要求选 定风管的流速，再根据风管的风量确定风 管的断面尺寸和阻力。
所谓压损平均法：是将已知总作用压头按 干管长度平均分配给每一管段，再根据每 一管段的风量确定风管的断面尺寸。
所谓静压复得法：是利用风管分支处复得 的静压来克服该管段的阻力，根据这一原 则确定风管的断面尺寸。此法适用于高速 空调系统的水力计算。
点10：
Pq10=Pq11 ＋Rm10-11l10-11 点9：
Pq9=Pq10 ＋Z9-10 式中 Z9-10 渐扩管的局部阻力。 点8：
Pq8=Pq9 ＋Z8-9 式中 Z8-9 渐缩管的局部阻力。 点7：
Pq7 = Pq8＋Z7-8 式中 Z7-8 三通直管的局部阻力。
点6（风机出口）： Pq6 = Pq7 ＋ Rm6-7l6-7 自点7开始，有7-8及7-12两个支管。为了 表示支管7-12的压力分布。过o´引平行于 支管7-12轴线o´ －o´线作为基准线，用上 述同样方法求出此支管的全压值。
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μ相等；要使 出口气流尽量保持垂直，要求出流角а接近90°。
下面分析如何实现上述要求。 1、保持各侧 孔静压相等 在图15所示管 道上断面1、2的 能量方程式：
Pj1+Pd1= Pj2+Pd2 +（Rl+Z）1-2
若 Pd1- Pd2 = （Rl+Z）1-2 则 Pj1= Pj2
面，除尘系统的风管宜采用圆形钢制风管。
5、 在容易积灰的异形管件附近，应设置
密闭清扫口。
三、通风除尘系统风管压力损失的估算
通风除尘系统风管压损估算值 表6-5
系统性质
一般通风系统 一般通风系统 镀槽排风 炼钢电炉（1~5t）炉盖罩 除尘 系统 木工机床除尘系统 砂轮机除尘系统 破碎、筛分设备除尘系统 破碎、筛分设备除尘系统 混砂机除尘系统 落砂机除尘系统
式中 Z5 风机进口处90°弯头的局部阻力。 点11（风管出口）：
Pq11 ＝v112ρ/2＋Z1´1＝ v112ρ/2＋ ζ1´1 v112ρ/2＝（1＋ ζ1´1 ） v112ρ/2 ＝ ζ11 v112ρ/2＝ Z11 式中 v11 风管出口处空气流速；
Z1´1 风管出口处局部阻力； ζ1´1 风管出口处局部阻力系数； Ζ11 包括动压损失在内的出口处局部阻力 系数， ζ11 ＝（1＋ ζ1´1 ） 。 在实际设计时，手册中直接给出ζ值。
式6-24可改写为：
L0=3600μ.f0.sinа.v=3600μ.f0.vj=
=3600μ.f0. 2Pj
6-25
空气在孔口面积f0上的平均流速v0，按定义和 式25得：
v0 =L0/3600×f0= μ.vj 6-26
分析公式25可以看出，要实现均匀送风，可采 取以下措施：
二、实现均匀送风的基本条件 从公式25可以看出，对侧孔面积f0保持不变的
风管的阻力是由降低空气的静压来克服 的。从图6-8还可以看出，由于管段2-3的流 速小于管段1-2的流速，空气流过点2后发 生静压复得现象。 点3：
Pq3=Pq2 –Rm2-3l2-3 点4：
Pq4=Pq3 –Z3-4 式中 Z3-4 渐缩管的局部阻力。 点5（风机进口）： Pq5=Pq4 -（Rm4-5l4-5+Z5）
Pq2=Pq1 -（Rm1-2l1-2+Z2） Pj2 = Pq2 － Pd1－2= Pj1+ Pd1－2 -（Rm1-2l1-2+Z2） - Pd1－
2 = Pj1 -（Rm1-2l1-2+Z2） 则 Pj1 - Pj2 =（Rm1-2l1-2+Z2） 6-15 由式6-15看出，当管段1-2内空气流速不变时
二、风道的设计原则
1、风道的计算压力损失，宜按下列数 值附加：
一般送排风系统 10%~15%
除尘系统
15%~20%
2、风管漏风率宜采用下列数值：
一般送排风系统 10%
除尘系统
10%~15%
3、通风系统各并联管段间的压力损失相
对差额，不宜大于下列数值：
一般送排风系统 15%
除尘系统
10%
4、通风系统的风管宜采用圆形或矩形截
4、并联管路的阻力平衡 为了保证各送、排风点达到预期的风量，两 并联支管的阻力必须保持平衡，对一般的通 风系统，两支管的阻力差应不超过15％；除 尘 系统应不超过10％。若超过上述规定， 可采取下列方法： （1）调整支管管径 （2）增大风量 （3）阀门调节 5、计算系统的总阻力。 6、选择风机 （1）根据输送气体性质，系统的风量和阻
4、压出段上点9的静压出现负值是由于断 面9收缩得很小，使流速大大增加，当 动压大于全压时，该处的静压出现负值。 若在断面9开孔，将会吸入空气而不是 压出空气。有些压送式气力输送系统的 受料器进料和诱导式通风就是这一原理 的运用。
第三节 通风管道系统的设计计算
一、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 均已确定的基础上进行的。其主要目的是， 确定各管道的管径（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。 风管水力计算方法有假定流速法、压损平均 法和静压复得法等几种。
Pd1－2 =v1-22ρ/2 Pj1 = Pq1 － Pd1－2 ＝－（v1-22ρ/2＋Z1） 式中 Z1 空气入口处的局部阻力； Pd1－2 管段1-2的动压。 上式表明，点1处的全压和静压均比大气压低。
静压降Pj1的一部分转化为动压Pd1－2 ；另一部分消 耗在克服入口的局部阻力Z1 。 点2：
假定流速法的计算步骤和方法：
1、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。
管段长度一般按两管件间中心线长度计算， 不扣除管件（三通、弯头）本身的长度。 2、确定合理的空气流速。 必须通过全面的技术经济比较选定合理的流 速。根据经验总结，风管内的空气流速可按 P153表6-2、6-3、6-4确定。 3、根据各风管的风量和选择的流速确定各 管段的断面尺寸，计算摩擦阻力和局部阻力 确定风管断面尺寸时，应采用附录8所列的 通风管道统一规格，以利于工业化加工制 作。风管断面尺寸确定后，应按管内实际流 速计算阻力。阻力计算应从最不利环路开始
第二节 风管内的压力分布
设有图6-8所示的通风系统，空气进出口 都有局部阻力。分析该系统风管内的压 力分布。
算出各点（断面）的全压值、静压值和 动压值，把它们标出，再逐点连接，就 可求得风管内压力分布图。
下面确定各点的压力：
点1：列出空气入口外和入口（点1 ）断 面的能量方程式：
Pq0=Pq1+Z1 因Pq0=大气压力＝0，故 Pq1 =－ Z1
式的计算表和线解图。书后附录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。
附录6的线解图是按过渡区的λ值，在压 力B0＝101.3kPa、温度t0＝20℃、空气密 度ρ0＝1.204kg/m3、运动粘度ν0＝ 15.06×10-6m2/s、管壁粗糙度K＝0.15mm、 圆形风管等条件下得出的。当实际使用条 件与上述条件不相符时，应进行修正。 二、矩形风管的摩擦阻力计算
三通风除尘系统风管压力损失的估算通风除尘系统风管压损估算值表65系统性质管内风速个数估算压力损失pa一般通风系统一般通风系统炼钢电炉15t炉盖罩除尘系统木工机床除尘系统砂轮机除尘系统破碎筛分设备除尘系统破碎筛分设备除尘系统混砂机除尘系统落砂机除尘系统141481218201618161818201820182016183050505060504050303040152个以上4个以上300350350400500600120015001200140011001400120015001000120010001400500600第四节第四节均匀送风管道设计计算均匀送风管道设计计算均匀送风管道的计算方法很多下面介绍一种近似的均匀送风管道的计算方法很多下面介绍一种近似的计算方法
管壁的粗糙度有关。在通风和空调系统中，
薄钢板风管的空气流动状态大多属于紊流光
滑区到粗糙区之间的过渡区。计算过渡区阻
力系数的公式很前得到较广泛的采用：
1 -2lg K 2.51
6-4
3.7D Re
进行通风管道的设计时，为了避免繁琐的计
算，可根据公式（6-3)和（6-4)制成各种形
式的伞形风帽ζ=1.15。 （4）管道和风机的连接
不要有流向和流速的突然变化。
（5）渐扩管 开口角α≤45°为宜。
（6）管道突扩与突缩 应采用渐扩或渐缩管。
（7）气流的进口和出口 进口可作成流线型，出口可作成扩张型。
（8）合理布置管件，防止相互影响。 在设计时，应在各管件之间留有大于三倍
的直管距离。
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，由于孔口内外存在静压差，空气会 按垂直于管壁的方向从孔口流出。静压差产生的流速为：
vi
2 Pj
空气在风管内的流速为
vd
2Pd
因此，从孔口流出 时，它的实际流速和 出流方向不只取决于 静压产生的流速和方 向，还受管内流速的 影响，如图所示。在 管内流速的影响下， 孔口出流方向要发生 偏斜，实际流速为合 成流速，可用下列各 式计算有关数值：
300~350 350~400 500~600 1200~1500 1200~1400 1100~1400 1200~1500 1000~1200 1000~1400 500~600
第四节 均匀送风管道设计计算
均匀送风管道的计算方法很多，下面介绍一种近似的 计算方法。 一、均匀送风管道的设计原理
孔口出流方向：
孔口出流与风管轴线间的夹角а（出流角）为
tg v j
vd
Pj Pd
孔口实际流速：
v
vj
s in
孔口流出流量：
L0=3600μ.f.v
6-24
式中 μ——孔口的流量系数；
F——孔口在气流垂直方向上的投影面积，m2，由 图6-12可知：
f=f0sinа=f0vj/v f0 ——孔口面积，m2。
把以上各点的全压标在图上，并根据摩 擦阻力与风管长度成直线关系，连接各个 全压点可得到全压分布曲线。以各点的全 压减去该点的动压，即为各点的静压，可 画出静压分布曲线。从图6-8可看出空气在
管内的流动规律为：
1、风机的风压Pf等于风机进、出口的全压 差，或者说等于风管的阻力及出口动压 损失之和，即等于风管总阻力。
附录6是按圆形风管得出的，为利用该 图进行矩形风管计算，需先把矩形风管断 面尺寸折算成相当的圆形风管直径，即折 算成当量直径。再由此求得矩形风管的单 位长度摩擦阻力。
所谓当量直径 所谓流速当量直径 所谓流量当量直径 必须注意： 三、局部阻力 所谓局部阻力 计算公式 Z＝ζv2ρ/2
减少局部阻力的措施：
（1）弯头 1 ） 增 大 弯 头 的 曲 率 半 径 R ， 一 般 R=
（1~4）D（D为管径）； 2）采用转角小的弯头； 3）在弯头内设置导流叶片； 4）用弧弯代替直角弯。
（2）三通 一般夹角不超过30°； 尽量使两支管和总管的气流流速相等。
（3）排风立管出口 应降低排风立管的出口流速； 采用带渐扩管的伞形风帽ζ=0.6；而直管
第一节 风管内的压力损失
一、摩擦阻力 根据流体力学原理，空气在横断面形状不
变的管道内流动时的摩擦阻力称为沿程阻力。 计算式如下： ΔPm＝λl（1/4Rs）（v2ρ/2） pa （6-1) 对于圆形风管，摩擦阻力计算公式可改写为： ΔPm＝（ λl/D）（v2ρ/2） pa （6-2) 圆形风管单位长度的摩擦阻力（比摩阻）： Rm＝（ λ/D）（v2ρ/2） pa/m （6-3) 摩擦阻力系数λ与风管内的流动状态和风管
2、风机吸入段的全压和静压均为负值，在 风机入口处负压最大；风机压出段的全 压和静压一般情况下均为正值，在风机 出口正压最大。因此，风管连接处不严 密会有空气渗入或溢出，以致影响风量 分配或造成粉尘和有害气体向外泄漏。
3、各并联支管的阻力总是相等。如果设计 时各支管阻力不相等，在实际运行时，
各支管会按其阻力特性自动平衡，同时 改变预定的风量分配。