第6章 风管设计计算

二、矩形风管的摩擦阻力
• 附录 6 是按圆形管道得出的，对于矩形管道需先 把矩形断面折算成当量直径。
• 所谓当量直径，是指与矩形风管有相同单位长度 摩擦阻力的圆形风管的直径，分流速当量直径和 流量当量直径。
1.流速当量直径DV
S D 2 D 圆形风管的水力半径 Rs U D 4 S ab 矩形风管的水力半径 Rs U 2a b 2ab ，则D 令Rs Rs DV ab
0 15.06 10 6 m 2 / s、圆 形 管 壁 粗 糙 度 K 0.15mm。
1、密度和粘度修正
v Rm Rm 0 0 0 Rm为 实 际 的 比 摩 阻 ；
0.91 0.1
Pa/m
Rm 0图 上 查 出 的 比 摩 阻 ；
实例
如图示的通风系统。风管用钢板制作，输送含有轻矿物粉尘的空 气，气体温度为常温。该系统采用脉冲喷吹清灰袋式除尘器，除 尘器阻力ΔPc＝1200Pa。对该系统进行水力计算，并选择风机。
=600 2 l=6m 7 l=8m 3 l=5m A 4 l=6m 6 l=4m
圆形伞形罩 α
800m /h
3
1 l=11m
对于无压源的水平管道，以管道轴线为基准面，则有
hR1- 2 P1 P2 hv1 hv 2
压力坡度图
1
2
3
4
5
6
7
8
9
P0
第三节 通风管路水力计算
一.何为通风管道的水力计算
• 通风管道的水力计算是在系统和设备布置、风管 材料、各送排风点的位置和风量均已确定的基础 上 ，确定各管段的 管径( 或断面尺寸 ) 和 阻力，保 证系统内达到要求的风量分配，最后确定风机的 型号和动力消耗。 • 通风管道的水力计算最常用的方法是 假定流速
薄钢板或镀锌薄钢板 Kr — 管 壁 粗 糙 度 修 正 系 数 ；
K — 管壁粗糙度； v — 管内空气流速。
矿渣石膏板
矿渣混凝土板 胶合板 砖砌体 混凝土 木板
1.0
1.5 1.0 3～ 6 1～ 3 0.2～1.0
例：有一通风系统，采用薄钢板圆形风管(Δ＝0.15mm)，已 知风量L＝3600m3/h(1m3/s)。管径D＝300mm，空气温度t＝30℃， 求风管管内空气流速和单位长度摩擦阻力。 解：查图，得v＝14m/s，Rm0＝7.7Pa/m。 查图6-2得，Kt＝0.97。 Rm＝KtRm0＝0.97×7.7＝7.47Pa/m
管道水力计算汇总表
管 流量 1500 2300 6300 6615 6615 800 长度 管径 流速 动压
局部 阻力 系数
局部 阻力
比摩阻
摩擦 阻力
管道 阻力
1 3 5 6 7 2
0.42 0.64 1.75 1.84 1.84 0.22
11 5 5 4 8 6
200 240 380 420 420 140
Pm
4 Rs

2
f Rs P
l v 2 对圆形风管：Pm P R l m D 2 v 2 Rm D 2 Rm 称 为 圆 形 风 管 单 位 长 的 度摩 擦 阻 力 ， 又 称 比阻 摩，
单 位Pa / m。
摩擦阻力系数λ与管内的流态Re和风管管壁的粗糙度Δ/D有 关，λ＝f(Re,Δ/D)。 通风工程中常用柯列布鲁克(Colebrook)公式计算摩擦阻力 系数，柯式公式为
2
2.流量当量直径DL
ab DL 1.3 0.25 a b
0.625
注意：
• 利用当量直径求矩形风管阻力时，要注意 其对应关系：
– 采用流速当量直径时，必须用流速去查比摩阻 – 采用流量当量直径时，必须用流量去查比摩阻
三.局部阻力
• 当风流的方向和断面大小发生变化或通过管件设备 时，由于在边界急剧改变的区域出现旋涡区和流速 的重新分布而产生的阻力称为局部阻力。 • 当空气流过断面变化的管件(如各种变径管、风管进 出口、阀门)、流向变化的管件（弯头）和流量变化 的管件 ( 如三通、四通、风管的侧面送、排风门 ) 都 会产生局部阻力。
v Z 2
2
ζ由实验测定，并整理成经验公 式，见附录10（P244）
• 突然扩大
突然缩小
Leabharlann Baidu
S2 S1 S 1 1 S 2 1
2
2
• 渐扩管
渐缩管
附录10 教材P244
• 伞形罩
圆形弯头
矩形弯头
附录10 教材P244
管段1 有水平风管，根据L1=1500m3/h(0.42m3/s)、v1＝14m/s，求 出管径为：
D1

L v1

0.42 4 0.195 m=195mm 3.14 14
4
所选管径按通风管道统一规格调整为： D1＝200mm；实际流速v1＝13m/s； 由附录6的图得，Rm1＝12.5Pa/m。 同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，具体结果见 下表。 4、确定管段2、4的管径及单位长度摩擦阻力，见下表。
第二节 风管内的压力分布
单位体积流量的能量方程
2 2 v1 v2 hR1- 2 P1 P2 2 2 ρm gρm Z 1 Z 2 H t 也 即，
hR1- 2 P1 P2 hv 1 hv 2 gρm Z1 Z 2 H t
• 合流三通
v3F3
v3F3
F1+F2=F3 α=30°
v3F3
F1+F2>F3 F1=F3 α=30°
F1+F2>F3 F1=F3 α=30°
附录10 教材P244~249
如何查询局部阻力系数？
• 例1 有一合流三通，如图所示，已知 L1＝1.17m3/s(4200m3/h)，D1＝500mm，v1＝5.96m/s L2＝0.78m3/s(2800m3/h)，D2＝250mm，v2＝15.9m/s L3＝1.94m3/s(7000m3/h)，D3＝560mm，v3＝7.9m/s 分支管中心夹角α＝30°。求此三通的局部阻力。
法。
二.假定流速法的计算步骤
1. 绘制通风或空调系统轴测图，对各管段进行编 号，标注长度和风量； 2. 选定最不利环路； 3. 确定合理的空气流速； 4. 根据风量和流速确定管段的断面尺寸，计算最 不利环路的摩擦阻力和局部阻力； 5. 并联管路的阻力平衡； 6. 计算系统的总阻力； 7. 选择风机。
流速
管径
• 附录 6所示的线解图，可供计算管道阻力时使用。 只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的 任意两个，即可利用该图求得其余的两个参数。
该 线 算 图 是 按 过 渡 区 的 值，在压力 B0 101.3kPa、 温 度t 0 20C、空 气 密 度 0 1.204kg / m 3、运 动 粘 度
减小局部阻力的措施
(1)避免风管断面的突然变化 用渐缩或渐扩管代替突然缩小或突然扩大。 (2)减少风管的转弯数量，尽可能增大转弯半径。 圆形风管弯头的曲率半径一般大于(1～2)倍管径；矩形 风管弯头断面的长宽比（B/A）愈大，阻力愈小。采用 矩形直角弯头，应在其中设导流片。
(3)三通汇流要防止出现引射现象。分支管道中心线夹角 要尽可能小。一般要求不大于30°。 (4)降低管道进口和排风口的流速 气流进入风管时，由于产生气流与管道内壁分离和涡 流现象造成局部阻力，对于不同的进口形式，局部阻 力相差较大。 气流从风管口排出时，其在排出前所具有的能量全部 损失。当出口处无阻挡时，此能量损失等于出口动压， 当有阻挡 ( 风帽、网格、百叶 ) 时，能量损失将大于出 口动压，就是说ζ >1。 为了降低出口动压损失， 有时把出口制作成扩散角 较小的渐扩管，ζ＜1。
、为 实 际 的 空 气 动 力 粘 。 度
2、空气温度和大气压力修正
Rm K t K B Rm 0 273 20 Kt 273 t K B B 101.3
0.825
0.9
K t为 温 度 修 正 系 数 ； K B为 大 气 压 力 修 正 系 数 ；
式中 Δ—风管内壁凸起的高度，mm。 柯式公式不仅适用于紊流过渡区，而且也适用于紊流光滑 管区和紊流粗糙管区。 为了避免繁琐的计算，可根据式(1)和式(2)制成各种表或线 解图，教材附录9(P243)就是一种线解图，可用于计算管道通风 阻力。
教材P243 通 风 管 道 单 位 长 度 摩 擦 阻 力 线 算 图
14 14 14 12 12 14
117.6 117.6 117.6 86.4 86.4 117.6
1.37 -0.05 0.61 0.47 0.6 0.61
161.1 -5.9 71.7 40.6 51.8 71.7
12.5 12 5.5 4.5 4.5 18
137.5 60 27.5 18 36 108
第 6章
通风管道的设计计算
本章内容提要及重点
§1 水力计算基础 §2 通风管路水力计算 §3 管道内的压力分布 §4 均匀送风管道设计计算 §5 通风管道设计中的有关问题
第一节 水力计算基础
本节重点： 摩擦阻力与局部阻力的概念 比摩阻的概念与线算图的使用 局部阻力系数的查询
一、摩擦阻力
摩擦阻力或沿程阻力是风管内空气流动时，由于空气本身的 粘性及其与管壁间的摩擦而引起的沿程能量损失。 • 空气在横断面形状不变的管道内流动时的摩擦阻力按下 式计算： l v 2
B 5 l=4m
除 尘 器
风机
1500m3/h 4000m3/h
1、对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的排风 量。 2、选定最不利环路，本系统选择 l—3—5—除尘器－6—风机－7为最不利环路。 3、根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上 各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。 根据教材表6-4(P159)，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风 管内最小风速为，垂直风管12m/s、水平风管14m/s。 考虑到除尘器及风管漏风，取5％的漏风系数，管段6及7 的计算风量为6300×1.05＝6615m3/h。
解：按附录7(P245)列出的条件，计算下列各值 L2/L3＝0.78/1.94＝0.4 F2/F3＝(D2/D3)2＝(250/560)2＝0.2 经计算 F1＋F2≈F3 根据F1＋F2＝F3及L2/L3＝0.4、F2/F3＝0.2查得 支管局部阻力系数 ζ2＝2.7 直管局部阻力系数 ζ1＝－0.73 支管的局部阻力
298.6 54.1 99.2 58.6 87.8 179.7
4
2
4000
800
1.11
0.22
6
280
130
16
15.9
153.6
1.81
278.0
14
84
362.0
249.7
5、确定各管段的局部阻力系数
查通风设计手册等资料确定局部阻力系数。
2 v2 15.92 1.2 Z2 2 2.7 409.6 Pa 2 2
直管的局部阻力
2 v1 5.962 1.2 Z1 1 0.73 15.6 Pa 2 2
为什么局部阻力系数会出现负值？
• 两股气流在汇合过程中的能量损失一般是不相同的， 它们的局部阻力应分别计算，对应有两个阻力系数。 当合流三通内直管的气流速度大于支管的气流速 度时，直管会引射支管气流，即流速大的直管气流失 去能量，流速小的支管气流得到能量，因而支管的局 部阻力有时出现负值。这称为引射现象。
为 实 际 的 空 气 密 度 ；
B为 实 际 的 大 气 压 力 ，kPa。
Kt 和 KB 也可直接由图查得。
3、管壁粗糙度的修正
当风管管壁的粗糙度Δ≠0.15mm时，可按下式修正。
Rm K r Rm 0 K r Kv
0.25
各种材料的粗糙度Δ
风管材料
塑料板
粗糙度/mm
0.15～0.18 0.01～0.05
解决的办法：
尽可能做到各分支管内流速相等 ，防止出现引射现 象。
例2 • 已知L2/L3＝0.2，F2/F3＝0.25 F1＋F2＝F3， α＝30° • 查ζ1和ζ2
线性插值法
ζ1=0.24， ζ2=-0.25
思考
• 已知L2/L3＝0.347，F2/F3＝0.34 F1＋F2＝F3， α＝30° • 如何查ζ1和ζ2？