第七章送排风管道与送排风方式1

(2) 局部阻力
在流体流动过程中遇到各种障碍物而产生的流动方 向和流速分布的迅速改变所造成的阻力。
hj
2
2 h j — 局部阻力，Pa ;

— 局部阻力系数； — 流体的流速，m / s; 3 — 流体的密度，kg / m 。
在通风、空调风管中，往往局部阻力要大于摩擦阻力

(4) 稳流

稳流：流体流动时，如果流体所占空间每 一点的流速都不随时间而变，这种流动就 叫稳定流动，简称稳流。
流体流动一般是很复杂的，这不仅是因为流体在 同一时刻在空间各点流体质点的流动速度不一定 相同，而且在不同时刻经同一点的流体质点流速 也不一定相同，也就是说流体的流动情况随空间 和时间而变。

关于不可压缩性

实际流体是可以压缩的，对于液体来说， 其压缩性一般很小，是一个次要因素，考 虑问题时可以忽略不计；但对于气体来说， 它是可以压缩且压缩性较大，由于它的流 动性很大，只要施加很小的压力差，气体 就可迅速流动起来，而这个小压力差所引 起各处密度的变化是很小的。因此对于流 动着的气体，其压缩性也可以忽略。
— 流体的密度，kg / m ; m — 流体的质量，kg ; 3 V — 流体的体积，m 。
3
注P.24
(2) 流体的黏滞性
流体抵抗切应力或剪力的性质称为流体的黏滞性。 流体的黏滞性是流体流动时产生内摩擦力和阻力的 基本原因。
d T F dy 式中： T — 内摩擦力，N；F — 与流层的接触面积，m 2 ; d — 速度梯度， 1 / s; — 动力黏性系数，Pa s dy

实际流体流动时的伯努利方程：
P1 gZ1 式中：
1
2
2
P2 gZ 2
2
2
2
h 常数
h — 流动中的压力损失（ 或称阻力），Pa。

水平流管里压力和流速的关系
当流体在水平管内流动时，水平流管中各点的高度 不变，伯努利方程可简化为：
P 1
12

Re变大，实质上扰动增大即惯性力增加，就会使内 部黏性力对运动的阻尼作用减弱，从而破坏了层流 状态而使流动变成了湍流。
在通风及采暖管道中的流体流动一般均属湍流流动。
7.2.2 实际流体在管内流动时的阻力
阻力包括摩擦阻力和局部阻力两部分， 其中局部阻力占比例较大，高达80％。因此 进行风管系统设计时，应尽量采取措施来减 少局部阻力，以减少风机的能耗和设备(风机 )的初投资。
d — 管道的几何尺寸 v — 运动黏性系数
实践与理论证明，不同流体在不同直径的管道中 流动，尽管流速不同，但只要雷诺数相同（反映 在力学上相似），则流动方式相似。 流动方式从层流转变到湍流时的雷诺数称为临界 雷诺数，此时的速度称为临界速度。
由实验求得临界雷诺数为2320 当Re＜2320时，流动属层流； 当Re＞2320时，流动属湍流。
上式称为牛顿内摩擦定律
流体的黏滞性常用动力黏性系数 或运动黏 性系数来表示 。
在管道计算时，大多采用运动黏性系数 。

随着温度的升高，液体的黏性系数 体的黏性系数 随之上升。

下降；但气
(3) 理想流体与实际流体

理想流体：绝对不可压缩，又完全没有黏 滞性的流体。 实际流体都是可压缩的和有黏滞性的。
2
P2 2
22
2
常数
2 上式表明：在同一水平流管里，流速小的地方压力大， 流速大的地方压力小。 由连续性方程知道，管子截面小处流速大，截面大处流 速小。
因此可得：理想流体在同一水平流管内稳定流动时，在截面大的地方， 流速小，压力大；而截面小的地方，流速大，压力小。
或：P
常数
采用假定流速法进行风道水力计算的步骤：
空调风管系统的阻力计算（水力计算）
（1）确定风管各管段的断面尺寸和阻力 （2）对各并联风管支路进行阻力平衡设计(平
衡各支风管的阻力以保证各支风管的风量达到设 计的要求）
（3）计算出选风机所需要的风压。
空调风管系统的阻力计算方法
(1)假定流速法 假定流速法也称为流速控制法，其特点是先 按技术经济要求选定管段的流速，再根据管段的风量确定 其断面尺寸和阻力。 (2)压损平均法 压损平均法也称为当量阻力法，是以单位长 度风管具有相等的阻力为前提的，这种方法的特点是在已 知总风压的情况下将总风压按风管长度平均分配给每一管 段，再根据每一管段的风量和分配到的风压计算风管断面 尺寸。在风管系统所用的风机风压已定时，采用该方法比 较方便。 (3)静压复得法 当流体的全压一定时，流速降低则静压增加。 静压复得法就是利用这种管段内静压和动压的相互转换， 由风管每一分支处复得的静压来克服下游管段的阻力，并 据此来确定风管的断面尺寸。
P gZ1 1 P gZ
12
2
2
P2 gZ 2 常数
22
2


2
以上两式即为伯努利方程的数学表达式。
它表明：在同一流管中任意处，单位体积流体的动能、重力势能及压力能 之和是一常数（总能头），它实质上是包括压力能在内的机械能守恒定律。
在实际流体流动时，由于黏滞性等原因产生的阻力， 将损耗能量而使总能头逐渐减少。
c)尽量避免风管断面的突然变化，用渐缩管或渐扩 管代替突然缩小或突然扩大，渐缩管每边收缩角 度不宜大于30。，渐扩管每边扩展角度不宜大于 15。 d)有条件时，风管上的各个管件在布置时尽量相隔 一定的距离，以避免管件之间的相互影响，在两 个管件距离很近或者直接连接时，由于互相干扰， 其局部阻力往往发生大幅度变化，可能比两个单 独的局部阻力之和大，也可能小。
风道设计步骤
（1） 根据各个房间或区域空调负荷计算出的送回 风量，结合气流组织的需要确定送回风口的形式、 设置位置及数量。 （2）根据工程实际确定空调机房或空调设备的位 置，选定热湿处理及净化设备的形式，划分其作 用范围，明确子系统的个数。 （3）布置以每个空调机房或空调设备为核心的子 系统送回风管的走向和连接方式。 （4）确定每个子系统的风管断面形状和制作材料 （5）对每个子系统进行阻力计算(含选择风机)。 （6）进行绝热材料的选择与绝热层厚度的计算。 （7）绘制工程图。
局部阻力是空气流过风管中的配件(如弯头、 三通、变径管)和部件(如风口、阀门)等管 件时，空气的流向、流量和流过断面等发 生变化及某些管件的阻碍作用而产生的阻 力。 在设计时，通常采取以下一些措施来减小 局部阻力：

a)弯头的曲率半径R不宜过小，最常用的是R／ b=1.0～2.0(b是矩形风管的宽度或圆形风管的直 径)，在R／b小于1．0时，要加装导流叶片，使 空气流动阻力减小。 b)三通的局部阻力大小，取决于三通断面的形状、 分支管中心夹角、支管与主管的截面积比、支管 与主管的流量比(或流速比)以及三通的使用情况 (用作分流还是合流)。
7.2 流体流动的状态和阻力
7.2.1 流体的流态
由于流体有黏滞性，因而实际流体在管道内流 动时有阻力，其阻力变化的规律与流体的流动方式 有关。 层流状态 ——各层的流体质点互不干扰 湍流状态——流体质点间有横向流动，相互干扰 流体的流态判别，可用雷诺数（Re)
d Re — 管内平均流速
关于没有黏滞性

实际液体流动时，其内部相邻两层之间有 摩擦力，产生相互牵制，这种摩擦叫内摩 擦。这种相互牵制的性质叫做流体的黏滞 性。实际流体如水、酒精等粘滞性很小， 气体的粘滞性更小，因此往往把粘滞性也 做次要因素而加以忽略。

忽略了压缩性和粘滞性之后，只有流动性 才是决定流体运动的主要因素，为了突出 液体的这一特征，故引入理想流体这一模 型——绝对不可压缩，又完全没有黏滞性的流体。
P gZ1 1 式中： P 、P 2 — 流体的静压，Pa ; 1
21
2
P2 gZ 2
22
2

— 流体的密度，kg / m3 ; g — 重力加速度，m / s 2 ; Z1、Z 2 — 位置高度，m ; 1、 2 — 流体的流速，m / s。
因截取位置1、2是任取的，所以对同一细流管中的 任一点都有：
7.1 流体流动的基本原理
7.1.1 流体的性质

流体各质点之间的内聚力很小，它不能保持自己 固定的形状； 当流体受到极小的剪切力时，会发生很大的变形， 这种特性叫做流动性； 根据流体的可压缩程度大小可以分为两类：不可 压缩流体与可压缩流体。
(1) 流体的密度：流体单位体积所具有的质量
m V 式中：

7.1.2 流体流动的基本方程式
（1）连续性方程
根据质量守恒定律，流体在周界密闭的管道内 作稳定流动时，从管道一端流入的质量等于另一端 流出的质量，即单位时间内流过管道的每一截面的 流体质量是一常数。这就是连续原理。
连续性方程：
11 F1 22 F2 常数 式中： 1、 2 — 截面1与截面2处的流体密度，kg / m3 ; 1、 2 — 截面1与截面2处的平均速度，m / s; F1、F 2 — 截面1与截面2处的横截面积，m 2。
(1) 摩擦阻力(又称为沿程阻力)

由于黏滞性和管壁粗糙度所引起的流体质 点与管壁间的阻力。
Rm
2

d 2 Rm — 单位长度的摩擦阻力， 比摩阻，Pa / m;

— 摩擦阻力系数； — 流体的密度，kg / m3 ;
d — 圆管直径或矩形管的当量直径，m。
摩擦阻力是由于空气本身的粘滞性及在风 管中流动时与管壁摩擦产生的; 它与风速、管壁的粗糙度以及管道尺寸等 因素有关。 当风速和管道尺寸一定时(通常由设计人员 确定)，尽可能采用表面光滑的材料制作风 管，就可降低摩擦阻力值。
如果流体是不可压缩的，则 1 2 ，连续性方程 可简化为 1 F1 2 F2 常数
可见：管子截面小处流速大，截面大处流速小。
（2）能量方程（伯努利方程）

理想流体作稳定流动时，流体中某点的压 力、流速和该点高度之间的关系，称伯努 利方程。
是流体力学的一条基本定律。

伯努利方程式：
风道设计的任务
在确定了各送排风点的位置，所需送排风 量，风管材料及管道走向布置后需进行风 道设计 。其核心任务是保证风道系统在实 际使用中，管路上的每个送排风口的风量 符合设计的要求。
风道设计原则
（1）子系统的划分要考虑到室内空气控制参数、空调使用 时间等因素，以及防火分区要求。 （2）管路系统要简洁，风管长度要尽可能短，分支管和管 件要尽可能少，避免使用复杂的管件，要便于安装、调节 与维修。 （3）风管的断面形状要因建筑空间制宜充分利用建筑空间 布置风管。风管的断面形状要与建筑结构和室内装饰相配 合，使其达到完美与统一。 （4）风管断面尺寸要国标化 （5）风管内风速要选用正确。选用风速时，要综合考虑建 筑空间、风机能耗、噪声以及初投资和运行费用等因素。 （6）风机的风压与风量要有适当的裕量风机的风压值宜在 风管系统总阻力的基础上再增加10％～15％；风机的风 量大小则宜在系统总风量的基础上再增加10％来分别确定。
7.3 风道的设计与分析

பைடு நூலகம்
空调风管与空调风道的统称空调风管道。 按风管道的制作材料分：有金属风管道、非金属 风管道和复合材料风管道 按风管道的断面几何形状分：有矩形、圆形和椭 圆形风管道 按风管道的连接对象分：有主(总)风管道和支风 管道 按风管能否任意弯曲和伸展分，有柔性风管(软管) 和刚性风管 按风管道内的空气流速高低分，有低速风管道和 高速风管道