通风系统风量、风压的测量

实验一风管风压、风速、风量的测定
一、实验目的
在通风除尘工程中，需要对系统中风压、风速及风量进行测定调整，使系统能在正常运行工况下工作。

测量风压、风速及风量的方法有许多种，现场测定一般采用毕托测压管和不同种类的微压计或U型管来进行测量。

通过实验，使学生掌握风管截面的测点布置方法，熟悉风压、风速及风量测量仪表的结构及工作原理，掌握风压、风速及风量的测量方法和计算公式，为专业测试打下基础。

二、实验装置
通风系统综合测定实验装置如图1-1所示，该装置由风管、风机及测量箱组成。

图1-1 通风系统综合测定实验装置
实验系统的正压管段与负压管段均设有测压孔，可用毕托管直接在测量断面上进行测量。

在风机入口，出口侧各安装有测量风量的测量箱，在箱内安装有标准空气流量喷嘴，为了使测量段的空气流速场较为均匀、在喷咀前后各设有整流板，其穿孔率约为40％，测量箱断面尺寸按空气流速不大于O.76m／s考虑。

I号测量箱，安装有标准喷嘴计3个，其规格为：
D100 2个 D50 1个
实验系统风量可通过调节多叶调节阀来改变其大小。

三、实验原理及实验方法
(一) 毕托管与微压计测量风压、风速及风量
空气在风管中流动时，管内空气与管外空气存在有压力差，这个压力差是直接由风管管壁来承受的，称为静压P j ，就空气某一质点来说，所承受的静压的方向为四面八方。

由于空气在风管内流动，形成一定的动压d P ，即为气流的动能。

动压数学表达式 2
2
ρν=
d P （Pa ）
或 g
P d 22
γν=
'P （O mmH 2）
动压的方向为空气流动的方向。

静压与动压之和称为总压，数学表达式为
d j q P P P +=（Pa ）
在毕托管上有测量总压、静压的测孔，与微压计配合使用，就可测出流体的静压、总压与动压。

静压和总压有正负之分，动压只为正值。

在测量总压和静压时，如数值超过微压计的量程，则采用U 型管压力计。

测出空气动压值后，即可求得相应的空气流速。

空气流速 ρ
d
P v 2=
（m/s ）
或 γ
d P g v '
=
2（m/s ）
测出测量断面面积F 及计算出空气的平均流速v 后即可计算空气体积流量L 。

v F L ⋅=（s m /3）
或 v F L ⋅='3600（h m /3）
空气的质量流量 ρρ⋅⋅==v F L G （s kg /）
或 ρ⋅⋅='v F G 3600（h kg /） 式中：d P — 空气的动压（Pa ）； v — 空气的流速(m/s)； v — 空气的平均流速(m/s)； ρ — 测量断面上空气密度(kg/m 3)； γ — 测量断面上空气比重(kgf/m 3)；
d P ' — 用工程单位表示的空气动压（O mmH 2）； G — 重力加速度，g=9．807(m/s 2)；
j P — 空气的静压（Pa)；
q P — 空气的总压（Pa)；
L / — 用工程单位表示的空气体积流量（m 3/h)；
G / — 用工程单位表示的空气质量流量 (kg/h)。

在现场测定时，测量断面的选择是很重要的。

测点应选择在气流比较平直、扰动较少的直管段上。

如有弯头或三通等部件，则测点应选在这些部件之前大于2倍管道直径处；如在这些部件之后，应距这些部件大于4～5倍管道直径。

在调节阀前后应避免布置测点。

管内静压的测定，除用毕托管外，也可直接在管壁上开一个小孔，焊接一测压短管测得。

小孔径直径应小于2mm ，钻孔应与管壁垂直，而且孔口内壁不应有毛刺。

在测定风压时，毕托管与微压计的连接方法应视测点位置是处于正压段还是负压段而定。

当测点在通风机前的吸入段时，其总压及静压为负值，故其接管应与微压计的倾斜管的一端连接。

当测点在通风机后的压出段时，其总压为正值，而静压视情况而定，一般情况下为正值。

对于动压值，则不管测点在压出段或吸入段，其值永远是正值。

毕托管与微压计的接管，可参照图1-2所示，图中毕托管的总压端用“+”表示，静压端用“-”表示。

图1-2 毕托管与微压计的接管示意图
由于气流速度在管道断面上的分布是不均匀的，因此，在同一断面上必须进行多点测量，然后求出该断面的平均流速。

1、对于矩形管道，可将管道断面划分若干个等面积的小矩形，测点布置在
每个小矩形的中心。

小矩形每边的长度为200mm 左右，使其面积不大于O.05m 2，但其数目应不小于9个，如图1-3所示。

图1-3 矩形风管测点布置图 图1-4 圆形断面测点布置图
2、对于圆形管道，可将管道断面划分为若干个等面积的同心环，然后在环
上的水平及垂直向布置测点，如图1-4所示。

同心环的环数如下表1-1。

同心环上各测点距中心的距离按下式计算：
m
i R R i 21
20
-= 式中： 0R — 风管的半径（mm ）；
i R — 风管中心到第i 点的距离（mm ）； i — 从风管中心算起的同心环顺序号；
M — 风管断面上划分的同心环数。

实际上在测定时，应求出各环测点至管壁的距离。

各环测点至管壁的距离为： 31R R l -= 22R R l -=
13R R l -= 14R R l +=
25R R l += 36R R l +=
各环测点至管壁的距离如图1-5所示。

图1-5 圆环测点布置图
各环测点至管壁的距离i l 也可直接用表1-2求得。

按上面的方法测得断面上各点动压后，应按下式求其平均动压：
2
21⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛+⋅⋅⋅++=n P P P P dn d d d 式中： n —测点数目。

取两轴线的动压平均值，即2
b
d a d p
d P P P +=⋅。

在现场测量中，若测点处受涡流影响，使动压的某些读值为负值或零时，在计算中可视该点的读值为零。

管道内的平均总压可按下式求之：
n
P P P P qn
q q d +⋅⋅⋅++=
21。

(二) 标准空气流量喷嘴测量风量
根据节流原理，流体流经节流装置时产生压差，而且流过的流量愈大，在节流装置前后所产生的压差也就愈大。

故通过测量压差，即可计算出流量。

对于不可压缩流体，通过单个喷嘴的风量接下式计算：
ρ
αP
F L ∆=20
(m 3
/s)
ρα⋅∆⋅=P F G 20 (kg/s)
式中： L — 通过单个喷嘴的空气体积流量(m 3
/s)；
G — 通过单个喷嘴的空气质量流量(kg/s)； α — 喷嘴流量系数，根据表1-3查得；
F 0 — 喷嘴的开孔面积(m 2)；
△P — 喷嘴前后的静压差或喷嘴喉道处的动压(Pa)；
ρ — 喷嘴进口处的湿空气密度，可近似取相同状态的干空气密度(kg ／m 3)。

在工程上为简化计算，流量单位常采用m 3/h 或kg/h ，喷嘴开孔直径单位常采用mm ，压力、压差单位常采用mmH 2O(kg ／m 2)，所以，对上述流量基本方程式进行处理后，得实用流量方程式，即为：
γ
αP d L '
∆=2
01252.0 (m 3
/h)
或 γαP d G '∆=201252.0 （kg/h ） 式中：g 24
10360001252.06⨯⨯
⨯=-π
；
D — 喷嘴的开孔直径（mm ）；
△P / — 喷嘴前后的静压差或喷嘴喉道处的动压（mmH 2O ）。

表中： ν
Vd
R e =
V — 喷嘴喉部空气流速，测量时要求15≤V ≤35．5(m ／s)；
D — 喷嘴喉部即开孔直径(m)；
ν 一 空气的运动粘性系数(m 2／s)。

当使用一个以上的喷嘴时，总风量为通过各单个喷嘴风量的总和。

（三) 用进口流量管测量风量（扩展）
进口流量管安装在系统风管的入口处，根据节流原理，流体被吸进流量管后，沿着渐缩的型面逐步加速，而静压降低。

而且压差与流量有关。

进口流量管的进口线型光洁，流体通过时流场均匀，阻力较小，而且结构简单、计算方便。

进口流量管见图1-6所示。

图1-6 进口流量管
列端面0—0和断面I —I 之间的伯努利方程为：
2
22
2
1V V P B ρξ
ρ++
=
得 )(2
111P B V -+=
ρ
ξ
由于 j P B P +=1
故流速公式又为：
ρ
ξ
ρ
ξ
j
j P P B B V 211)(2
11+=
--+=
式中：B — 大气压力(Pa)；
P 1 — 测定断面空气的绝对压力(Pa)；
j P — 测定断面上静压测孔所测得的静压，即真空度(Pa)； ξ — 进口流量管的阻力系数；
ρ — 空气密度（kg/m 3）。

令ξ
α+=
11为流速系数，经实验测定本系统安装的流量管流速系数为
99.0=α。

因此，通过流量管的风量：
ρ
αj
P F
VF L 2== （m 3
/s ）
其中：24
D F π
=
（m 2）。

在应用进口流量管时，在其入口前一定不得有障碍物，以免流速发生扰动。

一般要求在风管轴线方向的10 D 范围内，以及在垂直风管轴线方向4D 范围内不应有障碍物，以免引起测量误差。

（四）用测压十字架简易测量风量（扩展）
在经常需测量的通风系统中，为了能使测量简单迅速，可在风管中安装测量平均全压的测压十字架（笛形管），测孔数及位置是根据风管尺寸大小而定；若在测压断面上再焊接一个测静压短管，即可配合微压计测出平均动压。

因测压十字架并非是标准测压管，在使用之前必须用标准毕托管进行校正，其校正系数为：
d
dn
P P K =
式中：dn P — 在风管中标准毕托管测得的平均动压值（Pa ）； P d — 测压十字架测得的动压值（Pa ）。

校正K 值时应在不同的风量下进行。

由此，用测压十字架测得的平均风速为
ρ
d
P K
V 2= （m/s ）
静压管
风 管
P d
总压管十字架
图1-7 测压十字架测量风量
（五）利用管路弯头流量计简易测量风量（扩展）
气体通过弯管时，由于离心力的作用，在弯管内、外侧壁面上产生了静压差。

对于一定形状的弯头，在其弯曲中心最远和最近位置上所测得的静压差与通过的流体的体积成正比。

对于圆形90o 弯头，其通过的流量为：
ρ
πα
P
D R D L ∆⋅
⋅
=224
2
（m 3/s ） 式中：α — 流量系数，当
D
R
>l 时，α≈1.0； R — 弯头的曲率半径(m)； D — 弯头的内径(m)；
P ∆ — 在弯头对称（45o ）断面上从两侧取压口测得的静压差（Pa ）； ρ — 空气密度( kg/m 3)。

如要求测量精度高于5％，则需用毕托管对其计算公式进行校正，确定流量系数。

同时，也需对弯头的曲率半径及弯头内径D 进行较精确的测量。

因弯头流量计可直接安装在风管管路的转弯处，所以，利用弯头对风量进行测定时，没有造成附加压力损失(如采用孔板流量计，则会产生一定的压力损失)。

此外，安装简易且廉价，在相同风量下测定，产生的压差数值大于毕托管所测定的动压值。

测量弯头之前应有尽可能长的直管段，即进入弯头时断面上的气流速度能较为均匀，这样能使测量的压差较为稳定，波动小。

如弯头置于前25D、后10D内无局部阻力处，则测定的结果将更加精确。

四、实验内容与要求
1、运行通风系统，用各种方法(由实验教师指定)对系统风量进行测定。

2、变化若干次风量，测量系统风压、风速及风量。

3、对实验数据进行整理，撰写实验报告。

实验二 排气罩性能测定
一、
实验目的
在通风工程中，常使用各种形式的排气罩，由于系统中空气的流动均属于自模区，因此对于定型的排气罩，其局部阻力系数及流量系数均为定值，与雷诺数和相对粗糙度无关。

通过实验，使学生了解局部阻力系数及流量系数的测量方法，熟悉测量仪表的结构及工作原理，掌握排气罩风量计算方法，为专业测试打下基础。

二、实验原理及实验方法 （一）排气罩阻力及阻力系数的测定
图2-1 动压法测定排风量装置 图2-2静压法测定排风量装置
排气罩的阻力为排气罩罩口O 一0断面与排气罩出口l 一1断面的总压差。

由于罩口断面的总压（表压）等于零，所以
)(0d j q q q P P P P P '+'-='-=∆（Pa ）
式中：0q P 一 罩口断面的总压(Pa)； q P ' — 1—1断面的总压(Pa) d P ' 一 1—1断面的动压(Pa)； j P ' — 1—1断面的静压(Pa)。

由流体力学可知，排气罩的局部阻力系数为 d d j d j d d q P P P P P P P P '
'-'='
'+'-=
'
∆=
)
(ξ （1）
因此，用动压法测定出1—1断面处的j P '及d P '值，就可以得出ξ值。

实验
q
时应改变若干次风量，最后求其ξ的平均值。

（二）排气罩风量的测定
排气罩风量的测定可用动压法测出l —l 断面的动压值，求得平均流速，再按下式求排气罩的排气量L 。

ρ
d P V F L '
⋅
=⋅⋅=236003600 （m 3/h ） （2）
式中：F — 断面l 一1的面积(m 2)；
V — 断面1一l 的流速(m ／s)； ρ — 断面1—1的空气密度(kg ／m 3)。

在现场测定排气罩的风量时，往往由于排气罩与干管的连接管很短，又有弯头、三通等部件，不易找到比较稳定的测定断面，使得用动压法测定有一定困难。

在这种情况下，可用图2-2静压法测定排风量装置来测量。

由公式(1)可得
j d P P '⋅+=
'ξ
11
或 j d P P '⋅+=
'ξ
11 （3）
令流量系数 ξ
μ+=11
由公式(3)得
j d P P '
'
=μ 则由公式(2)得排气罩的风量为
ρ
μ2
3600⋅
'⋅=j P F L （m 3/h ） （4）
各种形状的吸气口或排气罩，其ξ值为定值，可从有关资料查得，则μ值也为定值。

因此，如已知μ值，只需测得静压值，就可求得其排风量，这是一种很方便的办法。

尤其对有好几个排气罩的排风系统需要调整各排气罩的排气量时，用静压法测定，可使测定工作大大简化。

三、实验内容与要求
1、计算某排气罩的阻力系数及流量系数。

2、用静压法测定某一工况下的排风量。

3、对实验数据进行整理，撰写实验报告。