通风除尘管网的设计计算

通风除尘管网的设计计算
第六章：通风除尘管网设计计算 第六章：
通风管道计算有两个基本的任务： 通风管道计算有两个基本的任务： 一是确定管道的阻力, 以确定通风除尘 一是确定管道的阻力, 系统所需的风机性能; 系统所需的风机性能; 二是确定管道的尺寸(直径)，管道设计 二是确定管道的尺寸(直径) 的合理与否直接影响系统的投资费用和 运行费用。 运行费用。
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管道的阻力计算 局部阻力则是空气通过管道的转弯, 断面变 局部阻力则是空气通过管道的转弯, 连接部件等处时, 由于涡流、 化, 连接部件等处时, 由于涡流、冲击作用 产生的能量损失. 产生的能量损失. 1. 摩擦阻力 管道的摩擦阻力采用下式计算: 管道的摩擦阻力采用下式计算: ΔPm=λ(L/De) (L/De)ρU ΔPm=λ (L/De) ρU2/2 式中ΔPm----摩擦阻力, Pa; 式中ΔPm----摩擦阻力 ΔPm----摩擦阻力, ----摩擦阻力系数 其值与流态有关; 摩擦阻力系数, λ----摩擦阻力系数, 其值与流态有关; ----管道长度 管道长度, L----管道长度, m;
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管道摩擦阻力受多种因素的影响, 在设计 管道摩擦阻力受多种因素的影响, 计算时应考虑这些因素. 主要影响因素有: 计算时应考ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ这些因素. 主要影响因素有: 管壁的粗糙度和空气温度. 粗糙度越大, 管壁的粗糙度和空气温度. 粗糙度越大, 摩擦阻力系数λ值越大, 摩擦阻力越大. 摩擦阻力系数λ值越大, 摩擦阻力越大. 温度影响空气密度和粘度, 温度影响空气密度和粘度, 因而影响比摩 温度上升, 比摩阻Rm下降. Rm下降 阻Rm. 温度上升, 比摩阻Rm下降. 线解图 上查得的Rm 20℃时的数值 Rm是 时的数值, 上查得的Rm是20℃时的数值, 实际计算应 根据具体温度进行修正. 根据具体温度进行修正.
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(二) 管内压力分布 分析管内压力分布的目的是了解管内压力的分布规 律, 为管网系统的设计和运行管理提供依据. 分析 为管网系统的设计和运行管理提供依据. 的原理是风流的能量方程和静压、 的原理是风流的能量方程和静压、动压与全压的关 系式. 系式. 在通风风流基本理论一章中已作分析。主要结论： 在通风风流基本理论一章中已作分析。主要结论： (1) 风机的风压等于风管的阻力和出口动压损失之 和; (2) 风机吸入段的全压和静压都是负值, 风机入口 风机吸入段的全压和静压都是负值, 处的负压最大; 风机压出段的全压和静压都是正值, 处的负压最大; 风机压出段的全压和静压都是正值, 在出口处正压最大; 在出口处正压最大; (3) 各分支管道的压力自动平衡. 各分支管道的压力自动平衡.
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管道的阻力计算 1. 摩擦阻力 管道的摩擦阻力采用下式计算: 管道的摩擦阻力采用下式计算: ΔPm=λ(L/De) (L/De)ρU ΔPm=λ (L/De) ρU2/2 式中ΔPm----摩擦阻力, Pa; 式中ΔPm----摩擦阻力 ΔPm----摩擦阻力, ----摩擦阻力系数 其值与流态有关; 摩擦阻力系数, λ----摩擦阻力系数, 其值与流态有关; ----管道长度 管道长度, L----管道长度, m; ----空气密度 空气密度, ρ----空气密度, Kg/m3; U----管内平均流速, m/s; ----管内平均流速, 管内平均流速 De----风管的当量直径, m. De----风管的当量直径, ----风管的当量直径
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(一) 管道直径的计算 (3) 管道投资费用和运行费用的合理性: 管 管道投资费用和运行费用的合理性: 道直径增大, 阻力减少, 运行费用降低, 道直径增大, 阻力减少, 运行费用降低, 但 阻力增大, 运行费用也增大. 因此, 阻力增大, 运行费用也增大. 因此, 管径的 合理性应表现在管道投资费用与运行费用总 和最小. 和最小. 设计时, 要使确定的管径完全满足上述约束 设计时, 条件是很困难的, 条件是很困难的, 因此人们提出了各种计算 方法, 常用的有以下几种方法： 方法, 常用的有以下几种方法：
a b a + b
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(1) 比摩阻法: 令 比摩阻法: Rm=(λ/De)ρU Rm=(λ/De) ρU2/2 称Rm为比摩阻, Pa/m, 其意义是单位长 Rm为比摩阻, 为比摩阻 度管道的摩擦阻力. 度管道的摩擦阻力. 这样摩擦阻力计算式则 变换成下列表达式: 变换成下列表达式: ΔPm=RmL ΔPm=Rm L 为了便于工程设计计算, 人们对Rm的确定 为了便于工程设计计算, 人们对Rm Rm的确定 已作出了线解图, 设计时只需根据管内风量、 已作出了线解图, 设计时只需根据管内风量、 管径和管壁粗糙度由线解图上即可查出Rm Rm值 管径和管壁粗糙度由线解图上即可查出Rm值, 这样就很容易由上式算出摩擦阻力. 这样就很容易由上式算出摩擦阻力.
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当量直径： 当量直径： 4f/P De= 4 f/P 式中f----管道的断面积, m2; 式中f----管道的断面积 管道的断面积, ----管道的周长 管道的周长, P----管道的周长, m. 对于圆管, 当量直径即为管道的直径. 对 对于圆管, 当量直径即为管道的直径. 于矩形管, 通常采用两种当量直径,即流速当 于矩形管, 通常采用两种当量直径, 量直径和流量当量直径. 量直径和流量当量直径. 流速当量直径是假 设当量管道的流速与矩形管的流速相等, 设当量管道的流速与矩形管的流速相等, 并 且单位长度的摩擦阻力也相等. 且单位长度的摩擦阻力也相等. 由此推得流 速当量直径为: 速当量直径为: De=2ab/(a+b) a,b为矩形管断面的长, 宽边尺寸. a,b为矩形管断面的长 宽边尺寸. 为矩形管断面的长,
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(一) 管道直径的计算 在计算管道直径时, 应满足以下约束条件: 在计算管道直径时, 应满足以下约束条件: (1) 管内流速的要求: 对于除尘管道, 为了 管内流速的要求: 对于除尘管道, 防止粉尘沉积管壁上, 防止粉尘沉积管壁上, 管内流速要大于一定 的数值, Umin为防止粉尘沉积的 的数值, 即U≥Umin, Umin为防止粉尘沉积的 最小风速. 最小风速. 对非除尘管网可不受这个条件的 约束. 约束. (2) 阻力平衡要求: 要使各分支的风量满足 阻力平衡要求: 设计要求, 各分支的阻力必须平衡. 设计要求, 各分支的阻力必须平衡. 如果设 计的阻力不平衡就应进行调节. 计的阻力不平衡就应进行调节.
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2. 局部阻力 (2) 减少风管的转弯数量, 尽可能增大转弯 减少风管的转弯数量, 半径; 半径; (3) 三通汇流要防止出现引射现象, 尽可能 三通汇流要防止出现引射现象, 做到各分支管内流速相等. 做到各分支管内流速相等. 分支管道中心线 夹角要尽可能小, 一般要求不大于30 30° 夹角要尽可能小, 一般要求不大于30°; (4) 降低排风口的出口流速, 减少出口的动 降低排风口的出口流速, 压损失; 压损失; (5) 通风系统各部件及设备之间的连接要合 风管布置要合理. 理, 风管布置要合理.
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(2) 综合摩擦阻力系数法: 管内风速U=L/f, 综合摩擦阻力系数法: 管内风速U=L/f, L为管内风量, f为管道断面积. 将U代入摩擦 为管内风量, f为管道断面积. 为管道断面积 阻力计算式ΔPm=λ (L/De)ρU /2后 ΔPm=λ(L/De) 阻力计算式ΔPm=λ (L/De) ρU2/2后, 令 Km=λ(L/De) (L/De)ρ/2f Km=λ (L/De) ρ/2f2 则摩擦阻力计算式变换为下列表达式: 则摩擦阻力计算式变换为下列表达式: ΔPm=KmL ΔPm=Km L2 称Km为综合摩擦阻力系数, N S2/m8. Km为综合摩擦阻力系数 NS 为综合摩擦阻力系数, 采用 ΔPm=Km L2 计算式更便于管道系统的分 ΔPm=KmL 析及风机的选择, 析及风机的选择, 因此在管网系统运行分析 与调节计算时, 多采用该计算式. 与调节计算时, 多采用该计算式.
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2. 局部阻力 局部阻力计算式为: 局部阻力计算式为: Z=ξρU2/2 Z=ξ ρU Pa 其中ξ为局部阻力系数, 根据不同的构件查 其中ξ为局部阻力系数, 表获得. 表获得. 在通风除尘管网中, 连接部件很多, 因此局 在通风除尘管网中, 连接部件很多, 部阻力较大, 为了减少系统运行的能耗, 部阻力较大, 为了减少系统运行的能耗, 在 设计管网系统时, 设计管网系统时, 应尽可能降低管网的局部 阻力. 降低管网的局部阻力可采取以下措施: 阻力. 降低管网的局部阻力可采取以下措施: (1) 避免风管断面的突然变化; 避免风管断面的突然变化;
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1. 假定流速法 其原理是取管内流速等于最小风速或经济风 根据管内的流量Li即可得管径Di Li即可得管径Di为 速, 根据管内的流量Li即可得管径Di为: Di= 4Li/(πVmin) 采用假定流速法求出的各分支阻力一般不平 衡需进行阻力平衡调节. 衡需进行阻力平衡调节. 假定流速法的计算 步骤如下: 步骤如下: (1) 绘制通风系统轴侧图, 对各管段先进编 绘制通风系统轴侧图, 标注各管段的长度和风量. 号, 标注各管段的长度和风量. (2) 选择管内合理的空气流速. 选择管内合理的空气流速.
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流量当量直径是假设等效圆管的流量与矩形 管的流量相等, 管的流量相等, 并且单位长度的摩擦阻力也 相等. 由此推得流量当量直径为: 相等. 由此推得流量当量直径为: 3 3
D 1 = 1 .3 5
实际计算中多采用流速当量直径. 实际计算中多采用流速当量直径. 在实际设计计算中, 一般将上述摩擦阻力计 在实际设计计算中, 算式作一定的变换, 算式作一定的变换, 使其变为更直观的表达 目前有如下两种变换方式: 式. 目前有如下两种变换方式:
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(3) 根据各管段的风量和选定的流速确定各管段的 管径, 并计算各管段的摩擦阻力和局部阻力. 管径, 并计算各管段的摩擦阻力和局部阻力. (4) 对并联管路进行阻力平衡调节. 对并联管路进行阻力平衡调节. (5) 计算系统的总阻力, 并根据总阻力和总风量选 计算系统的总阻力, 择风机. 择风机. 2. 等压损法 该法的原理是, 假设风机的风压H为已知, 各管段单 该法的原理是, 假设风机的风压H为已知, 位长度的压力损失相等, 由此而求出各分支的管径. 位长度的压力损失相等, 由此而求出各分支的管径. 这种方法计算结果也很难满足阻力平衡要求, 这种方法计算结果也很难满足阻力平衡要求, 因此 也需要进行阻力平衡调节. 也需要进行阻力平衡调节.
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3. 静压复得法：该法原理是在管道的分支处, 静压复得法：该法原理是在管道的分支处, 由于分流使流速降低, 由于分流使流速降低, 根据静压与动压的转 换原理, 流速降低, 换原理, 流速降低, 使风管分支处复得一定 的静压, 令此复得静压等于该管段的阻力. 的静压, 令此复得静压等于该管段的阻力.由 此即可求得管道的直径. 此即可求得管道的直径. 此法主要用于高风 速管网的计算. 速管网的计算. 4. 优化设计法：该法的原理是以管道投资费 优化设计法： 用与运行费用总和最低作为目标函数而获得 管道直径. 管道直径. 这种方法是管网设计计算中的新 理论, 它对于降低通风系统的能耗, 理论, 它对于降低通风系统的能耗, 提高管 网风平衡精度具有重要的意义. 网风平衡精度具有重要的意义.
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一. 管道压力计算 (一) 管道的阻力计算 管道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力. 摩擦 管道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力. 阻力由空气的粘性力及空气与管壁之间的摩 擦作用产生, 它发生在整个管道的沿程上, 擦作用产生, 它发生在整个管道的沿程上, 因此也称为沿程阻力。 因此也称为沿程阻力。