通风管道系统的设计计算讲解学习

8.6.2 气力输送系统设计计算
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教学大纲
知识点：比摩阻、局部阻力系数的确定方法；均匀送 风管道的设计计算；通风管道内流动阻力的计算方法 和压力分布规律；风道设计；系统划分；风管的布置、 选择、保温与防腐；进、排风口布置；防爆及防火； 气力输送系统。 重点：通风管道内流动阻力的计算方法和压力分布规 律；比摩阻、均匀送风管道的设计计算；系统划分； 风管的布置、选择。 难点：通风管道内流动阻力的计算方法和压力分布规 律；局部阻力系数的确定；气力输送系统。
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8.0 概 述
➢ 定义：通风管道是把符合卫生标准的新鲜空气，输送到室内各需 要地点，把室内局部地区或设备散发的污浊、有害气体，直接排送 到室外或经净化处理后排送到室外的管道。 ➢ 分类：包括通风除尘管道、空调管道等。 ➢ 作用：把通风进风口、空气的热、湿及净化处理设备、送(排)风 口、部件和风机连成一个整体，使之有效运转。 ➢ 设计内容：风管及其部件的布置；管径的确定；管内气体流动时 能量损耗的计算；风机和电动机功率的选择。 ➢ 设计目标：在满足工艺设计要求和保证使用效果的前提下，合理 地组织空气流动，使系统的初投资和日常运行维护费用最优。 4
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Ⅰ区——层流区。当Re＜2000时，不论管道粗糙度如何，其实验 结果都集中分布于直线Ⅰ上。这表明λ与相对糙度ε/r无关，只与
Re有关，且λ=64/Re。与相对粗糙度无关
Ⅱ区——过渡流区。2000≤Re≤4000，在此区间内，不同相对糙 度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验点几乎都集 中在线段Ⅱ上。λ随Re增大而增大，与相对糙度无明显关系。
Ⅲ区——水力光滑管区。在此区段内，管内流动虽然都已处于紊
流状态(Re＞4000)，但在一定的雷诺数下，当层流边层的厚度δ
大于管道的绝对糙度ε（称为水力光滑管）时，其实验点均集中
g1z1 212p1g2z1 222p2
1、理想流体在各截面上所具有的总机械能相等，三种能量 可互为转换。
2、当流速为0时，有流体静力学方程
gz1
p1
gz2
p2
3、当为水平管路时，公式的变形？
8.1 风管内气体流动的流态和阻力
8.1.1 两种流态及其判别分析
同一流体在同一管道中流动时，不同的流速，会形成不同的流动 状态。当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方 向作层状运动，称为层流(或滞流)。当流速较大时，流体质点的 运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱 流动，称为紊流(或湍流)。 （１）雷诺数－Re
尼古拉兹实验：通过人工粗糙管流实验，确定出沿程阻力系数 与雷诺数、相对粗糙度之间的关系，实验曲线被划分为5个区域， 即1．层流区 2．临界过渡区3．紊流光滑区4．紊流过渡区 5．紊流粗糙区（阻力平方区）。
➢ 实际流体在流动过程中，沿程能量损失一方面（内因）取决于
粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数Re来衡量；另一方面（外因）
是固体壁面对流体流动的阻碍作用，故沿程能量损失又与管道 长度、断面形状及大小、壁面粗糙度有关。其中壁面粗糙度的
影响通过λ值来反映。
➢ 1932～1933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为ε的砂粒均匀 粘贴于管壁。砂粒的直径ε就是管壁凸起的高度，称为绝对糙
度；绝对糙度ε与管道半径r的比值ε/r 称为相对糙度。
连续性方程 (equation of continuity)
流体在如图所示的管道中:
• 作连续稳定流动;
• 从截面1-1流入，从截面2-2流出；
1 G1
2 G2
1´ 2´
假设：管道两截面之间无流体漏损。
G1＝G2
ρ1A1ν1＝2A2ν2
此关系可推广到管道的任一截面，即
ρAν＝常数 上式称为连续性方程式。
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§8.4 均匀送风管道设计计算
8.4.1 均匀送风管道的设计原理
8.4.2 均匀送风管道的计算
§8.5 通风管道设计中的常见问题及其处理措施
8.5.1 系统划分
8.5.2 风管的布置、选型及保温与防腐
8.5.3 进排风口布置
8.5.4 防爆及防火
§8.6 气力输送系统的管道设计计算
8.6.1 气力输送系统的分类和特点
式中：平均流速v、管道直径d和流体的运动粘性系数
Re Vd
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雷诺实验示意图
实验表明： Re ≤ 2000 层流（下临界雷诺数） Re＞4000 紊流（上临界雷诺数） 中间为过渡区 实际工程计算中，为简便起见，通常用Re=2300来判断管路
流动的流态 Re≤2300 层流， Re＞2300 紊流 15
U 1 g1 Z 1 21 2 p 1 1 Q e W e U 2 g2 Z 1 22 2 p 2 2
即:对于连续稳态流动系统,输入该系统的总能量等 于输出该系统的总能量。
理想流体柏努利方程的物理意义
g1z1 212p1g2z1 222p2
gz为单位质量流体所具有的位能； p/ρ为单位质量流体所具有的静压能； u2/2为单位质量流体所具有的动能。
空调送风系统
如图，在风机3的动力作用下，室外空气进入新风口1， 经进气处理设备2处理后达到 卫生标准或工艺要求后，由风 管4输送并分配到各送风口5 ，由风口送入室内。
室外大气
5 送风口
4 风管
1新风口
室内
3 风机 2 进气处理设备
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通风管道系统的确定主要包括：
风管及其连接部件、风管形状和尺寸的确 定、风管内风流流动的能量损失的计算、 风机和电动机的确定。
第8章 通风管道系统流态及其判别分析 8.1.2 风管内空气流动的阻力
§8.2 风管内的压力分布
8.2.1 动压、静压和全压 8.2.2 风管内空气压力的分布
§8.3 通风管道的设计计算
8.3.1 风道设计的内容及原则 8.3.2 风道设计的方法 8.3.3 风道设计的步骤
若流体不可压缩，ρ＝常数，则上式可简化为
Aν＝常数
流体流速与管道的截面积成反比。
对于圆形管道，有
4d12 14d22 2
或
( ) 1
d2 2
2
d1
式中d1及d2分别为管道上截面1和截面2处的管内 径。不可压缩流体在管道中的流速与管道内径的平方
成反比。
根据能量守恒定律，得出连续稳态流动系统的总能 量衡算方程式如下：