第五章 通风管道的设计计算.

2ab D Dv a b
• 例6-2 有一表面光滑的砖砌风管（K=3mm），断面尺寸为 500*400mm，流量L=1m3/s（3600m3/h），求单位长度摩擦阻力。
1 5m / s 解：矩形风管内空气流速 v 0. 5 0. 4
矩形风管的流速当量直径
Dv
2ab 2 500 400 444m m a b 500 400
• 3．动压法 • 采用皮托管与压差计测出风 流的动压pd，然后按下式计算出 相应的风速：
v 2Pd

式中 Ri——第I个测点圆环半径，m；
R——风筒半径，m；
i——从风筒中心算起圆环序号； n——测点圆环数。 测点圆环的数量n， 应根据被测风管的直径大小来确定。一般直 径为300～600mm时，n取3，直径为700～ 1000mm时，n取4。
平均风速与风量测算
（1）各点分别测定法
1 2 n 1 n Vm hvi vi n i 1 n i 1
式中：hvi、vi —— 第i测点的速压、风压； n —— 测点数；
—— 空气密度。
(2)多点联合测定法，即将各皮托管所有静压端相连，所有全压
1 n 端相连后，集中用一台压差计测平均动压为 hvi 。 n i 1
第五章 通风管道的设计计算
设计计算的目的：在保证要求的风量 分配前提下，合理确定风管布置和尺寸，使 系统的初投资和运行费用综合和最优。
第一节 风管内风流的压力及能量方程
一、风管内风流的压力
通风中的空气压力也叫风流压力（简称为风压），它是表示 运动空气所具有的能量，它包括静压、动压和全压。
• 1．静压
vm
2

1 n hvi n i 1
• 4．热式风速仪
• 包括热球风速仪、热线风速仪等，其原理是通过热敏 感元件因风速变化引起其温度变化而使其电性参数改变， 从而实现对风速的测定。
第二节 风管内风流的阻力
• 摩擦阻力
由于空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的 沿程能量损失，称为摩擦阻力或沿程阻力。
0.625 ab DL 1.3 a b0.25
DL 表示。
或
3 3 a b 5 DL 1.27 ab
应用时注意对应关系。
二、局部阻力
v2 Z 2
—局部阻力系数。
在通风除尘管网中, 连接部件很多, 因此局部阻
力较大, 为了减少系统运行的能耗, 在设计管网系统
静压降低，反之亦然。如果空气是不可压缩的，
Pj =P0 -ρg z p0——z = 0基准处的空气静压，Pa( N/m2)； pj ——高度为z处的空气静压，Pa(N/m2)；
• 式中 ：z——相对于基准的高度，m；
•
•
ρ——空气的密度，kg/m3 ；
g——重力加速度，m/s2。
• 2．动压
• • • 流动着的空气沿它的流动方向将产生一种压力，称为 空气的动压力。 动压是单位体积风流运动所具有的动能。它恒为正且 具有方向性，它的方向就是风流运动的方向。 单位体积空气的质量为ρ（kg/m3），风流速度为 υ(m/s)，则根据动能公式即得风流动压Pd(Pa)计算式为：
根据流速和直径，查附录6，得 粗糙度修正系数 K r Kv
0.25
Rm0 0.62Pa / m
3 5
0.25
1.96
Rm K r Rm0 1.96 0.62 1.22Pa / m
• （2）流量当量直径:
设某一圆型风管中的空气流量与矩形风管的空气流量相 等，并且单位长度的摩擦阻力也相等，则该圆型风管的直 径就称为此矩形风管的流量当量直径，以
• 2．相对压力的测定 • 相对压力的测定，常用的有Ｕ形压力计、单管倾斜压力计和补 偿微压计。它们都须与皮托管配合来测量风流的静压、动压和全 压。 • （1）皮托管
• （2）Ｕ形压力计 • Ｕ形压力计（也称为Ｕ形水柱计）， 有垂直和倾斜两种类型，它们都是 由一内径相同、装有蒸馏水或酒精 的Ｕ形玻璃管与刻度尺所构成它的 测压原理是：Ｕ形管两侧液面承受 相同压力时，液面处于同一水平； 当两侧液面压力不同时，压力大的 一侧液面下降，另一侧液面上升， 从中间的标尺即可读出压差。
三、 通风管道的阻力特性
1、通风管道的阻力特性系数
v2 P Pm Z Байду номын сангаас ) D 2
P (
l
l
D
)

2F
2
L2
K (
l
D
)

2F
2
Pa S 2 / m6 K:阻力特性系数，
2
P KL
2、并联分支管道的风量分配 如果设计时并联支管的阻力并不相等，实际运行时， 风量将如何分配？
• 对于绝热过程q=0；对于等温过程内能不变U1=U2。则不可压缩流 体绝热、等温的稳定流动过程的能量方程为
1-1断面与2-2断面之间若有风机（通风机的全 压为H）存在时：
2 1 u1 Z1 1 Z2 u2 2
•
通风工程中。常采用相对压力表示风流的压力，而不 测定和计算绝对压力。 对于水平管道：
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: • (1) 避免风管断面的突然变化; (2) 减少风管的转弯数量, 尽可能增大转弯半径; • (3) 三通汇流要防止出现引射现象, 尽可能做到各 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°;
• • (4) 降低排风口的出口流速, 减少出口的动压损失; (5) 通风系统各部件及设备之间的连接要合理, 风 管布置要合理.
Rm K t K B Rm0 0.82 0.8311 7.6Pa / m
• 3 管壁粗糙度的修正
Rm Kr Rm0
Kr Kv
0.25
K r ——管壁粗糙度修正系数； K ——管壁粗糙度，mm；
v
——管内空气流速，m/s。
各种材料的粗糙度K
风管材料 薄钢板或镀锌薄钢板 塑料板 矿渣石膏板 矿渣混凝土板 胶合板 砖砌体 混凝土 木板 粗糙度（mm） 0.15～0.18 0.01～0.05 1.0 1.5 1.0 3 ～6 1 ～3 0.2～1.0
P1
u12
2
P2
2 u 2
2
h12
对于垂直或倾斜管道：
P1
u12
2
P2
2 u 2
2
h12
应用：阻力测定、通风机压力测定、分析通风管道 的压力分布情况
四、空气压力的测定
• 通风工程中空气压力测定包括：空气绝对压力测定和空气 相对压力测定。 • 1．空气绝对压力的测定 • 绝对压力的测定，通常使用水银气压计和空盒气压计。 • （1）水银气压计 （2）空盒气压计
学表达式。流体运动所具有的能量包括内能U和机械能E，而机械 能包括流体的静压能P，动压能ρυ2/2和位势能Zρg，即
由于与外界发生热交换及对外界做功，其能量就 要发生变化，根据热力学第一定律即有
式中 U1、U2——分别为断面1、2流体的内能； E1、E2——分别为断面l、2流体的机械能； q——流体与外界交换的热量； h——流体对外界所做的功。
• （3）单管倾斜压力计
• 为了提高测量精度，可 采用倾斜Ｕ形压力计。设倾斜Ｕ形压力 计的倾斜角度为α，两侧液面差为L (mm)，则所测压力差为H
（mmH2O），即所测压力P（Pa）为：
• P=ρgH =ρgLsinα • 式中 ρ——Ｕ形管中液体的密度（kg/m3）； • P——所测压力，Pa； • g——重力加速度，m/s2。
圆形风管
f D 2 D 因为 Rs P 4 D 4
所以
1 v2 Pm l D 2
v2
D 2
圆形风管单位长度的摩擦阻力（又称比摩阻）为：
Rm
2.摩擦阻力系数
与空气在风管内流动状态和风管管壁的粗糙度有关。
vd Re 管壁的粗糙度：
• （4）补偿式微压计
五、风速测定
• 1．空气示踪法
• 空气示踪法是把有色烟雾（称为示踪气体）释放于运动的 空气中，根据示踪气体在一定时间t内的距离L，即可计算 出风速大小u为：
•
u=L/t
• 常用的示踪气体有氯化铵（NH4Cl），六氟化硫（SF6）等。 SF6比较稳定，适用于通风模拟试验。
• 2、机械风表与电子风表
修正： 实际使用条件与上述条件不相符时，应进行修正。 1、 密度和粘度的修正
Rm Rm0 / 0
0.91
/ 0
0.1
式中，Rm ——实际的单位长度摩擦阻力，Pa/m； Rm 0 ——图上查出的单位长度摩擦阻力， Pa/m； ——实际的空气密度，kg/m3； v ——实际的空气运动粘度，m2/s。
2、 空气温度和大气压力的修正
Rm Kt K B Rm0
Kt
——温度修正系数；
K B ——大气压力修正系数。
273 20 K t 273 t
0.825
K B B 101.3
0.9
B ——实际的大气压力，kPa。
也可以通过查图确定修正系数。
• 例6-1 兰州市某厂有一通风系统，风管用薄钢板制作。
绝对粗糙度：K 相对粗糙度:K/d 薄钢板风管的空气流动状态大多属于过渡区，则：
流动状态：
1
2.51 K 2 lg 3.7 D Re
Rm
v2
D 2
1
2.51 K 2 lg 3.7 D Re
制成线解图或计算表，则已知流量、管径、流速、阻力四个参量中的两 个，即可求得其余两个参量。 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v0=15.06×10－6 m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm、圆 形风管等条件下得出的。当实际使用条件下上述条件不相符时，应进行修 正。 熟悉附录6 通风管道单位长度摩擦阻力线算图。
• 在房间内或风道内的空气，不论它是否流动，对其周围壁面都 产生垂直于壁面的压力，称为空气的静压力。
• 绝对静压 ：以绝对零压作为基准的静压，用Pj表示 。 j • 相对静压：以当地大气压力为基准的静压 ，用 P表示 。
Pj
当地大气压
绝对真空 绝对静压与相对静压
•
•
• •
不同标高的大气，其静压也不同。随着高度的升高，
风流压力测定
二、风管内风流的流速
由于流体具有粘性，在管道内流动时产生内摩擦，
使得同一断面上各点的流速各不相等。 平均流速：根据流量相等原则所确定的均匀流速， 称为断面平均流速。 工程上所指的管道流速就是这个断面的平均流速。
一般所说的断面动压或全压，指平均风速所对应的 动压或全压。
• 三、风管内风流运动的能量方程 • 能量方程是能量守恒原理在气体流动中的具体表现形式和数
•
Pd =ρυ2/ 2
• 3．全压
• 全压Pq等于静压Pj与动压Pd之和，即
•
P q= Pj + Pd
静压Pj以相对压力表示时，若静压为正，则全压总 为正；若静压为负，则全压可能为正，也可能为负，取 决于| Pj|值与Pd值的相对大小。
•
•
相对全压 Pq ：
Pq Pd Pj
4、风流压力的测定
• 局部阻力
空气流经风管中的管件及设备时，由于流速的大小和 方向变化以及产生涡流造成比较集中的能量损失，称为局 部阻力。
一、摩擦阻力
1.摩擦阻力计算式
1 v2 Pm l 4 Rs 2
摩擦阻力系数；
Rs 风管的水力半径，m。
f Rs P
f—管道中充满流体部分的横断面积， P—湿周，在通风、空调系统中即为风管的周长，m。
4、 矩形风管的摩擦阻力计算
当量直径：与矩形风管有相同单位长度摩擦阻力的 原型风管的直径。 （1）流速当量直径:
1 v2 Pm l 4 Rs 2
D 4
圆形风管的水力半径 ： Rs ' 矩形风管的水力半径：Rs''
令
ab 2a b
R R
' s
'' s
D ab 4 2a b
已知风量L=1500m3/h（0.417m3/s），管内空气流 速 v 12 m/s ，空气温度t=100℃。求风管的管径和单位长 度摩擦阻力。
• 解：兰州市大气压力 B 82.5kPa
有附录6查出 D=200mm， 由图6-1查出
Rm0 11Pa / m
K t 0.82
K B 0.83