通风管道设计

改变速度，动压只作用在气体的流动方向恒为正值。在某一点上，动压和静压的代数和
即为该点的全压，表示单位气体所具有的总能量。
!# $ !% & !’ 式中 !#———全压，()；
! %———静压，()； ! ’———动压， ()。 图 * + , + ! 列出了几种情况的压力分布。图 * + , + !（)）是在一个密闭管道内，气
（+）流动性 液体和气体都是流体，二者流动的性能方面有共性，亦有个性。
（(）黏滞性 又称黏性。每一种流体在一定的条件下都有一定的黏性。流体的黏性
只有在流动时才能表现出来，有内摩擦力存在。据实验结果，可得出下列关系式
式中 "———内摩擦力； #———动力黏滞系数，-.·/； # ———作用面积；
" ###
是动压 $’ (!)#)（$$*)+）；从左下向右上倾斜的斜线是每米长管道的摩擦压损即比摩 阻 %$；从右下向左上倾斜的斜线是气体流量（$, % -）。
如管道的粗糙度 &!./!，对图 ! " # " # 中所查出的 %$ 要给予修正；修正方法是： 在表 ! " # " ) 中查出粗糙度 & 值，根据 & 值和用质量表示的流量在图 ! " # " 0 中查出
式中 (———管道的断面积，.#；
#/
&
( )/
（’ ( "+）
) /———湿周，管道断面的周长，.。
对圆形断面管道
式中 "———管道的直径，.。 对矩形管道
#
/
&
% ’
"#
%"
&
" ’
（’ ( ""）
第一篇 风机基本知识总论
· &&( ·
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
气而言。这样能量方程变为：
$& ’ 2##!" 常数
（$ % 3）
式（$ % 3）中两项单位均为 )*，与压强相同，所以分别称为静压（ $&）、动压（ $4） 和全压（ $5）。
第一篇 风机基本知识总论
· *** ·
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
根据试验研究，临界流速 !! 与下列因素有关。
（"） !!
与管径
"
成反比，即
!!!
"。 "
（#） !! 与动力黏滞系数!成正比，即 !!!!。
（$） !!
与流体密度! 成反比，即
!!! " 。 !
综合上述三个因素：
! !!!""
亦即
!!!% & !! " & 常数 !#
式中 !———运动黏带系数#& "。 !
· !&2 ·
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
可忽略，气体的黏滞系数随着温度的升高而加大。表 ! " # " ! 列出空气在一个大气压力
下，动力黏滞系数! 和运动黏滞系数" 与温度的关系。 黏性对流体的运动影响很大，它会使流体运动产生阻力，会导致机械能量损失，在
##———断面 # 处的流速，+ , -；
’#———断面 # 处单位质量流体的位能，+；
!———流体的密度，./ , +0。 式（$ % (）可用下面通式表达
$& !%
’
## #&
’
’
"
常数
式中
$& !%
———单位质量流体的压能，又称静压头，+；
## #&
———单位质量流体的动能，又称动压头，+；
（$ % 1）
,’&Hale Waihona Puke Baidu
, . 1’
#, . 1&
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, . &’
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0 . ,!
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, . &1
,& . #’
’&&
0 . 32
1& . #&
（#）压缩性 在等温过程，气体的体积 " 随着压强 # 的变化而改变， #" 4 常数。 在通风除尘系统中，气体压强的变化范围不大，体积变化也就不大可以忽略不计。压强 增加 0&&++5,6，体积只减小 07 ，引起的误差是可以允许的。
对不可压缩流体，!! "!# 亦即
式中 "———断面面积；
!! " !# "! #! " "# ##
#———流速。
上式可写成通式
"# " 常数
（$ % $）
式（$ % $）表明：对于不可压缩的稳定流，通过各断面的流量相等；过流断面上的
平均流速与断面面积成反比。
（#）能量方程 在稳定流的管道中，任取图 ! % $ % # 中两个断面 ! 和 # 处的能量有
用影响流态各因素组成一综合的无因次量数 #$
#$ & !" #
（’ ( )）
称 #$ 为“雷诺数”，流体在圆管中流动，当 #$ * #$#+ 时为层流；当 #$ , #$#+ 时为
紊流，圆管的临界雷诺数为 #$#+。
#- 摩擦压损
管道总摩擦压损用 %. 表示，单位长度的摩擦压损用 &. 表示， &. 简称比摩损 %. & &.’
修正系数 ’、修正后的比摩阻用 %1$ 表示， %1$ ( %$2（$$*)+ % $）。 （)）层流，计算摩擦压损的实例
已知风管直径")#.$$，长 !)$，风管气体温度 0.3。求维持层流状态的最大流速 和相应的摩擦压损。
解：求最大流速，层流状态的临界 () ( ),).，据 0.3在表 ! " # " ! 查得# ( !4/5 6
式中 ’———管道总长度，.。
（"）比摩阻的计算公式 根据流体力学原理，气体流经断面为任意形状直管道时，
比摩阻按下式计算：
&.
&
$ ’#/
0
!#! #
（12 3 .）
（’ ( 4）
式中 $———摩阻系数； !———管道内气体的平均流速，. 3 /； !———气体的密度，56 3 .$； #/———管道的水力半径，.。
处涉及气体流动，所以应了解其流动的规律。在讲述流动规律之前，需要说明流体的性
质。
!" 流体的物理性质 与流体流动有关的物理性质有：密度、流动性、黏滞性、压缩性。
（!）密度 流体在单位体积内所具有的质量称为密度，用! 表示。即
!#
! "
（$% & ’(）
（) * !）
式中 !———流体的质量，$%；
"———流体的体积，’(。
,. 流体在管内流动的规律 流体在管内流动，符合质量守恒原理，可以用连续性方程表达；也符合能量守恒原 理，可以用能量方程表达。 （!）连续性方程 在稳定流的管道中，任取图 ! " # " ! 中两个断面 ! 和 ,，在相同 的时间内，流经两个断面流体的质量相等，如图 ! " # " ! 所示。
图 ! " # " ! 连续方程图示
实际工程中必须考虑黏滞性的影响。
表!"#"!
空气的动力黏滞系数和运动黏滞系数与温度的关系
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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+, - *
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()·*
+, - *
&
! . /’
!0 . /&
+)- , &)+ + ) &-
+)+" , +)&+
为了便于计算，已按式（$ % &$）绘出比摩擦压损失的图线如图 & % $ % $ 所示。图 &
% $ % $ 中图线适用于气体密度" ! &) &’$/0 1 *(，运动黏滞系数# ! &-) 2 3 &+ % ’*" 1 4，管 壁粗糙度 ( ! +)&))，大气压力为 5. *+#（& *,- . /)"），管道内气体流速为 &)2" , 2+) .
!，,—断面
式中 #———密度； $———流量。
#! $! 4#, $,
图 ! " # " , 能量方程图示
!，,—断面
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,$ ,%
（) * +）
,$ ———速度梯度。 ,% 在实际工程中，为了计算方便，引用出一个运动黏滞系数$
$# #（’+ & /） !
（) * (）
式中 #———动力黏度系数，-.·/；
!———密度，$% & ’(。
压力对气体黏滞系数的影响不大，可以忽略不计。温度对黏滞系数的影响明显，不
第一篇 风机基本知识总论
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第四章 风机通风管道
第一节 流体的性质及其流动规律
气体和液体统称流体，当它具有一定的能量时，就会在管内流动。因为通风除尘处
!" 静压、动压、全压
管道中的气体，处在静止状成时只受静压作用；处在流动状态时，同时受到静压和
动压的作用。
静压是单位体积气体所具有的势能，是一种力，它的表现将气体压缩、对管壁施
压。管道内气体的绝对静压，可以是正压，高于周围的大气压；也可以是负压，低于周
围的大气压。动压是单位体积气体所具有的动能，也是一种力，它的表现是使管内气体
式中 (———粗糙度，**，列于表 & % $ % "。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
表&%$%" 风道材料
矿渣石膏板风道
粗糙度 ( **
管道材料的粗糙度
风道材料
粗糙度 ( **
风道材料
&)+ 混凝土风道
&)+ , ()+ 铸铁管
’———单位质量流体的位能，+。
式（$ % 1）称之为伯努利方程，是理想气体的能量方程。
能量方程式表明，对于在管内流动的没有摩擦力的理想流体，各断面处总能量保持
定值，而总能量的三个组成部分是可以相互转化的。在一般通风管道中，高度对压强无
影响，所以能量方程中可以不计位能；同时，通风管道的计算，一般都对单位体积的空
!"
!
#$ "（ # #
$）
（$ % &"）
式中 #、 $———矩形的边长。
管道内的气体处在层流状态
!
!
’$ !%
（$ % &(）
管道内的气体处在紊流状态时，雷诺数 !% 所处的区段不同，! 的计算方法亦不同；
与大多数通风管道相适应的 !% 区段，! 的计算式
( ) !!
& ) $"
&!%
’ (
"
（$ % &$）
体静止不流动，此时气体只受静压作用，动压为 -，全压等于静压。
图 * + , + ! 管内压力分布
图 * + , + !（.）中，当风机为正压操作时，管道内气体的静压为正压，因动压恒 为正值，全压肯定为正压。
图 * + , + !（/）中，当风机为负压操作时，管道内气体的静压为负压，因动压恒 为正值，全压可能是正压，也可能是负压。
下列关系，如图 ! % $ % # 所示。
$ &! !%
’
##! #&
’
’!
"!$%&#
’
### #& ’
’#
式中 $&!———断面 ! 处的静压力，)*；
#!———断面 ! 处的流速，+ , -；
（$ % (）
’!———断面 ! 处单位质量流体的位能，+；
$&#———断面 # 处的静压力，)*·-；
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!，管道断面呈现圆形。
图 ! " # " # 中图线是为了决定每米长度管道的摩擦压损，故称之为比摩阻图线。图
! " # " # 中的横坐标是管道直径 "，$$；左边纵坐标是气体流速 #，$ % &，右边纵坐标
第二节 流体在管内流动的状态及其阻力
通风除尘系统运转的过程必有阻力，对阻力的问题应加以研究克服阻力。 *" 层流和紊流、雷诺数 流体在管内流动有两种状态：层流和紊流。流体的流态与流速有关，并且存在关着 某一临界流速。
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表面光滑的砖风道
$)+ 木风道
+)" , &)+ 生锈钢管
矿渣混凝土板风道
&)- 钢板风道
+)&- , +)&. 镀锌钢管
铁丝网抹灰风道
&+ , &- 塑料管
+)+- 普通钢管
胶合板风道
&)+ 石棉水泥管
+)& , +)"
墙内砖风道
- , &+ 涂沥青铸铁管
+ ) &"
粗糙度 ( ** + ) "-