通风管道的设计计算
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第六章 通风管道的设计计算
第六章：通风管道的设计计算
通风管道计算有两个基本的任务：
一是确定管道的阻力, 以确定通风除尘 系统所需的风机性能; 的合理与否直接影响系统的投资费用和 运行费用。
二是确定管道的尺寸(直径)，管道设计
第六章：通风管道的设计计算
一. 管道压力计算 (一) 管道的阻力计算
4．除尘系统的划分应符合下列要求： （1）同一生产流程、同时工作的扬尘点相距不大 时，宜合为一个系统； （2）同时工作但粉尘种类不同的扬尘点，当工艺 允许不同粉尘混合回收或粉尘无回收价值时，也可 合设一个系统； （3）温湿度不同的含尘气体，当混合后可能导致 风管风结露时，应分设系统。 5．如排风量大的排风点位于风机附近，不宜和远 处排风量小的排风点合为同一系统。增设该排风点 后会增大系统总阻力。
返回
继续
（3）管壁粗糙度的修正
Rm Rm 0 K k
K k Kv
0.25
Rm Rm0 0
0.91
0
0.1
Kt K B K H K K
<流体输配管网>
矩形风管的摩擦阻力计算
主要考虑当量直径的确定，有流速当量直径 和流量当量直径 （1）流速当量直径
2ab Dv ab
0.91
<流体输配管网>
0
0.1
（2）温度、大气压和热交换修正 Rm Rm0 K t K B K H 式中
273 20 Kt 273 t
0.825
B KB 101.3
2
0.9
KH
2 T T 1 b
Q
2
P 538Q
返回
2
继续
返回1 返回2
均匀送风管道设计
一、设计原理
vj 静压产生的流速为：
2pj
2 pD
vj 空气从孔口出流时的流速为：v sin
如图所示：出流角为α：
tg vj vD Pj PD
空气在风管内的流速为： vD
继续
孔口出流风量：
L0 3600fv 3600f 0 sin v 3600f 0 vj v v 3600f 0 2pj
以此类推，直到确定最后一个孔口处的管道断面尺寸。
计算例题
例6-5 如图所示通风管网。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。除尘器阻力为 1200Pa，对该管网进行水力计算，并获得管网特性曲线。
返回
[解]：
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1-3-5-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。 根据表2-3-3，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。
第六章：通风管道的设计计算
水力计算步骤（假定流速法）
计算前，完成管网布置，确定流量分配 绘草图，编号 确定流速 确定管径 计算各管段阻力 平衡并联管路 计算总阻力，计算管网特性曲线 根据管网特性曲线，选择动力设备
水力计算步骤（平均压损法）
计算前，完成管网布置，确定流量分配 绘系统图，编号，标管段L和Q，定最不利 环路。 根据资用动力，计算其平均Rm。 根据Rm和各管段Q，确定其各管段管径。 确定各并联支路的资用动力，计算其Rm 。 根据各并联支路Rm和各管段Q，确定其管 径。
管段1 水平风管，初定流速为14m/s。根据 Ql＝ 1500m3/h（0.42m3/s）、v1= 14m/s所选管径按通 风管道统一规格调整为：D1＝200mm；实际流速v1 ＝13.4m/s；由图2-3-1查得，Rm1=12.5Pa/m 同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻， 具体结果见表2-3-5。 4.确定管段2、4的管径及单位长度摩擦力，见表 2-3-5。 5.计算各管段局部阻力 例如：
第六章：通风管道的设计计算
2. 局部阻力 (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
2 v2
d
2
Rm值的计算和修正 制成图表，已知流量、管径、流速、阻力四个参数中 两个，可查得其余两个，是在一定条件下锝出
Rm值的计算和查取（标准状态下）：
Rm 0
0 0 v
D 2
2
<流体输配管网>
返回
Rm值的修正：
（1）密度、运动粘度的修正
Rm Rm0 0
68 K 3、紊流区Re＞4000 0.11 R d e 2.51 1 K 2 lg R 3.7 d e
0.00253Leabharlann BaiduRe
0.25
<流体输配管网>
2.3.1.2摩擦阻力计算
λ值的确定
1 2.51 K 2 lg R 3.7 D e
2、保持各侧孔流量系数μ相等； μ与孔口形状、流角α以及L0/L= L0 有关，当α大于600， μ一般等于0.6
3、增大出流角α，大于600，接近900。
三、直流三通局部阻力系数和侧孔流量系数 1、直流三通局部阻力系数：由L0/L查表2-3-6； 2、侧孔流量系数μ=0.6~0.65； 四、均匀送风管道计算方法
第六章：通风管道的设计计算
通风管道系统划分
二、风管布置
风管布置直接关系到通风、空调系统的总体布置，它与工艺、土建、电气、给 排水等专业关系密切，应相互配合、协调一致。 1．除尘系统的排风点不宜过多，以利各支管间阻力平衡。如排风点多，可用大 断面集合管连接各支管。集合管内流速不宜超过3m/s，集合管下部设卸灰装置。 2．除尘风管应尽可能垂直或倾斜敷设，倾斜敷设时与水平面夹角最好大于45°。 如必需水平敷设或倾角小于30°时，应采取措施，如加大流速、设清扫口等。 3．输送含有蒸汽、雾滴的气体时，如表面处理车间的排风管道，应用不小于 0.005的坡度，以排除积液，并应在风管的紧低点和风机底部装设水封泄液管。 4．在除尘系统中，为防止风管堵塞，风管直径不宜小于下列数值： 排送细小粉尘 80mm 排送较粗粉尘（如木屑） 100mm 排送粗粉尘（有小块物体） 130mm 5．排除含有剧毒物质的正压风管，不应穿过其它房间。 6．风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测定 孔和采样孔等）或预留安装测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作 和观察的地点。 7．风管的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件要安排得 当，与风管的连接要合理，以减少阻力和噪声。
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注意：把每一段起始断面的动压作为该管段的平均 动压，并假设μ、λ为常数，将产生一定误差，但在 工程实际是允许的。
第六章：通风管道的设计计算 一、系统划分
当车间内不同地点有不同的送、排风要求，或车间面积较大，送、排风 点较多时，为便于运行管理，常分设多个送、排风系统。除个别情况外， 通常是由一台风机与其联系在一起的管道及设备构成一个系统。系统划 分的原则： 1．空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划为同一系统。 2．同一生产流程、运行班次和运行时间相同的，可划为同一系统。 3．对下列情况应单独设置排风系统： （1）两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧或爆炸； （2）两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐蚀性的混合物或化合物； （3）两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘； （4）放散剧毒物质的房间和设备。
由上式得f0上的平均流速v0为：
2pj L0 v0 v j 3600 f 0
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风口的流速分布如图： （矩形送风管断面不变）
*要实现均匀送风可采取的措施（如图）
1、设阻体； 2、改变断面积； 3、改变送风口断面积； 4、增大F，减小f0。
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继续
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二、实现均匀送风的基本条件： 保持各侧孔静压、流量系数相等, 增大出流角。 1、保持各侧孔静压Pj相等；
6.1.1摩擦阻力的计算
l v Pml Rml d 2
2 2
（6-2-1）
其中：λ 为摩阻系数， l为管长，d为管径或流速当量 直径（4Rs，Rs=f/x），Rm为单位长度摩擦阻力。
<流体输配管网>
λ摩阻系数的确定： 1、层流区Re＜2000
64 Re
2、临界区Re=2000-4000
第六章：通风管道的设计计算
(二) 管内压力分布 分析管内压力分布的目的是了解管内压力的 分布规律, 为管网系统的设计和运行管理提 供依据. 分析的原理是风流的能量方程和静 压、动压与全压的关系式.
气体管网压力分布图
主要结论： (1) 风机的风压等于风管的阻力和出口动压 损失之和; (2) 风机吸入段的全压和静压都是负值, 风 机入口处的负压最大; 风机压出段的全压和 静压都是正值, 在出口处正压最大; (3) 各分支管道的压力自动平衡.
管道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力. 摩擦
阻力由空气的粘性力及空气与管壁之间的摩 擦作用产生, 它发生在整个管道的沿程上, 因此也称为沿程阻力。
第六章：通风管道的设计计算
管道的阻力计算 局部阻力则是空气通过管道的转弯, 断 面变化, 连接部件等处时, 由于涡流、冲击 作用产生的能量损失.
<流体输配管网>
第六章：通风管道的设计计算
2. 局部阻力 局部阻力计算式为: Z=ξ · U2/2 ρ Pa 其中ξ 为局部阻力系数, 根据不同的构件查 表获得. 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;
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500 800 380
380
420
800
420 400
410*315
420
6.计算各管段的沿程阻力和局部阻力(见表2-3-5) 7.对并联管路进行阻力平衡：
图
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<流体输配管网>
8.计算系统总阻力，获得管网特性曲线 最不利环路所有串联管路1-3-5-6-7阻力之和。
P 538kg S
（2）流量当量直径
(ab) DL 1.3 0.25 ( a b)
0.625
例2 同例1 解：v＝1÷(0.4 × 0.5)=5 m/s DL=1.3(ab)0.625/(a+b)0.25=478mm 查图2-3-1 得Rm0＝0.61Pa/m Kr=(3 ×5)0.25=1.96 Rm=1.96 ×0.61=1.2Pa/m
确定侧孔个数、侧孔 间距、每个孔的风量 计算送风管道直 径和阻力
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计算侧孔面积
五、计算例题
如图所示：总风量为8000m3/h的圆形均匀送风管道 采用8个等面积的侧孔均匀送风，孔间距为1.5M，确
定其孔口面积、风管各断面直径及总阻力。
解：1、确定孔口平均流速v0，
v0 4.5m / s 8000 f0 0.062 8 3600 4.5
例6-1
有一表面光滑的砖砌风道（K＝3mm），断 面500×400mm，L＝1m3/s，求Rm
解：v＝1÷(0.4 × 0.5)=5 m/s Dv=2ab/(a+b)=444mm 查图2-3-1 得Rm0＝0.62Pa/m Kr=(3 ×5)0.25=1.96 Rm=1.96 ×0.62=1.22 Pa/m
水力计算步骤（静压复得法）
计算前，完成管网布置
确定管道上各孔口的出流速度。
计算各孔口处的管内静压Pj和流量。 顺流向定第一孔口处管内流速、全压和管道尺寸。
计算第一孔口到第二孔口的阻力P1· 。 2
计算第二孔口处的动压 Pd2。 计算第二孔口处的管内流速，确定该处的管道尺寸。
第六章：通风管道的设计计算
通风管道计算有两个基本的任务：
一是确定管道的阻力, 以确定通风除尘 系统所需的风机性能; 的合理与否直接影响系统的投资费用和 运行费用。
二是确定管道的尺寸(直径)，管道设计
第六章：通风管道的设计计算
一. 管道压力计算 (一) 管道的阻力计算
4．除尘系统的划分应符合下列要求： （1）同一生产流程、同时工作的扬尘点相距不大 时，宜合为一个系统； （2）同时工作但粉尘种类不同的扬尘点，当工艺 允许不同粉尘混合回收或粉尘无回收价值时，也可 合设一个系统； （3）温湿度不同的含尘气体，当混合后可能导致 风管风结露时，应分设系统。 5．如排风量大的排风点位于风机附近，不宜和远 处排风量小的排风点合为同一系统。增设该排风点 后会增大系统总阻力。
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（3）管壁粗糙度的修正
Rm Rm 0 K k
K k Kv
0.25
Rm Rm0 0
0.91
0
0.1
Kt K B K H K K
<流体输配管网>
矩形风管的摩擦阻力计算
主要考虑当量直径的确定，有流速当量直径 和流量当量直径 （1）流速当量直径
2ab Dv ab
0.91
<流体输配管网>
0
0.1
（2）温度、大气压和热交换修正 Rm Rm0 K t K B K H 式中
273 20 Kt 273 t
0.825
B KB 101.3
2
0.9
KH
2 T T 1 b
Q
2
P 538Q
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2
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均匀送风管道设计
一、设计原理
vj 静压产生的流速为：
2pj
2 pD
vj 空气从孔口出流时的流速为：v sin
如图所示：出流角为α：
tg vj vD Pj PD
空气在风管内的流速为： vD
继续
孔口出流风量：
L0 3600fv 3600f 0 sin v 3600f 0 vj v v 3600f 0 2pj
以此类推，直到确定最后一个孔口处的管道断面尺寸。
计算例题
例6-5 如图所示通风管网。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。除尘器阻力为 1200Pa，对该管网进行水力计算，并获得管网特性曲线。
返回
[解]：
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1-3-5-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。 根据表2-3-3，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。
第六章：通风管道的设计计算
水力计算步骤（假定流速法）
计算前，完成管网布置，确定流量分配 绘草图，编号 确定流速 确定管径 计算各管段阻力 平衡并联管路 计算总阻力，计算管网特性曲线 根据管网特性曲线，选择动力设备
水力计算步骤（平均压损法）
计算前，完成管网布置，确定流量分配 绘系统图，编号，标管段L和Q，定最不利 环路。 根据资用动力，计算其平均Rm。 根据Rm和各管段Q，确定其各管段管径。 确定各并联支路的资用动力，计算其Rm 。 根据各并联支路Rm和各管段Q，确定其管 径。
管段1 水平风管，初定流速为14m/s。根据 Ql＝ 1500m3/h（0.42m3/s）、v1= 14m/s所选管径按通 风管道统一规格调整为：D1＝200mm；实际流速v1 ＝13.4m/s；由图2-3-1查得，Rm1=12.5Pa/m 同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻， 具体结果见表2-3-5。 4.确定管段2、4的管径及单位长度摩擦力，见表 2-3-5。 5.计算各管段局部阻力 例如：
第六章：通风管道的设计计算
2. 局部阻力 (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
2 v2
d
2
Rm值的计算和修正 制成图表，已知流量、管径、流速、阻力四个参数中 两个，可查得其余两个，是在一定条件下锝出
Rm值的计算和查取（标准状态下）：
Rm 0
0 0 v
D 2
2
<流体输配管网>
返回
Rm值的修正：
（1）密度、运动粘度的修正
Rm Rm0 0
68 K 3、紊流区Re＞4000 0.11 R d e 2.51 1 K 2 lg R 3.7 d e
0.00253Leabharlann BaiduRe
0.25
<流体输配管网>
2.3.1.2摩擦阻力计算
λ值的确定
1 2.51 K 2 lg R 3.7 D e
2、保持各侧孔流量系数μ相等； μ与孔口形状、流角α以及L0/L= L0 有关，当α大于600， μ一般等于0.6
3、增大出流角α，大于600，接近900。
三、直流三通局部阻力系数和侧孔流量系数 1、直流三通局部阻力系数：由L0/L查表2-3-6； 2、侧孔流量系数μ=0.6~0.65； 四、均匀送风管道计算方法
第六章：通风管道的设计计算
通风管道系统划分
二、风管布置
风管布置直接关系到通风、空调系统的总体布置，它与工艺、土建、电气、给 排水等专业关系密切，应相互配合、协调一致。 1．除尘系统的排风点不宜过多，以利各支管间阻力平衡。如排风点多，可用大 断面集合管连接各支管。集合管内流速不宜超过3m/s，集合管下部设卸灰装置。 2．除尘风管应尽可能垂直或倾斜敷设，倾斜敷设时与水平面夹角最好大于45°。 如必需水平敷设或倾角小于30°时，应采取措施，如加大流速、设清扫口等。 3．输送含有蒸汽、雾滴的气体时，如表面处理车间的排风管道，应用不小于 0.005的坡度，以排除积液，并应在风管的紧低点和风机底部装设水封泄液管。 4．在除尘系统中，为防止风管堵塞，风管直径不宜小于下列数值： 排送细小粉尘 80mm 排送较粗粉尘（如木屑） 100mm 排送粗粉尘（有小块物体） 130mm 5．排除含有剧毒物质的正压风管，不应穿过其它房间。 6．风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测定 孔和采样孔等）或预留安装测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作 和观察的地点。 7．风管的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件要安排得 当，与风管的连接要合理，以减少阻力和噪声。
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注意：把每一段起始断面的动压作为该管段的平均 动压，并假设μ、λ为常数，将产生一定误差，但在 工程实际是允许的。
第六章：通风管道的设计计算 一、系统划分
当车间内不同地点有不同的送、排风要求，或车间面积较大，送、排风 点较多时，为便于运行管理，常分设多个送、排风系统。除个别情况外， 通常是由一台风机与其联系在一起的管道及设备构成一个系统。系统划 分的原则： 1．空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划为同一系统。 2．同一生产流程、运行班次和运行时间相同的，可划为同一系统。 3．对下列情况应单独设置排风系统： （1）两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧或爆炸； （2）两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐蚀性的混合物或化合物； （3）两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘； （4）放散剧毒物质的房间和设备。
由上式得f0上的平均流速v0为：
2pj L0 v0 v j 3600 f 0
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风口的流速分布如图： （矩形送风管断面不变）
*要实现均匀送风可采取的措施（如图）
1、设阻体； 2、改变断面积； 3、改变送风口断面积； 4、增大F，减小f0。
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二、实现均匀送风的基本条件： 保持各侧孔静压、流量系数相等, 增大出流角。 1、保持各侧孔静压Pj相等；
6.1.1摩擦阻力的计算
l v Pml Rml d 2
2 2
（6-2-1）
其中：λ 为摩阻系数， l为管长，d为管径或流速当量 直径（4Rs，Rs=f/x），Rm为单位长度摩擦阻力。
<流体输配管网>
λ摩阻系数的确定： 1、层流区Re＜2000
64 Re
2、临界区Re=2000-4000
第六章：通风管道的设计计算
(二) 管内压力分布 分析管内压力分布的目的是了解管内压力的 分布规律, 为管网系统的设计和运行管理提 供依据. 分析的原理是风流的能量方程和静 压、动压与全压的关系式.
气体管网压力分布图
主要结论： (1) 风机的风压等于风管的阻力和出口动压 损失之和; (2) 风机吸入段的全压和静压都是负值, 风 机入口处的负压最大; 风机压出段的全压和 静压都是正值, 在出口处正压最大; (3) 各分支管道的压力自动平衡.
管道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力. 摩擦
阻力由空气的粘性力及空气与管壁之间的摩 擦作用产生, 它发生在整个管道的沿程上, 因此也称为沿程阻力。
第六章：通风管道的设计计算
管道的阻力计算 局部阻力则是空气通过管道的转弯, 断 面变化, 连接部件等处时, 由于涡流、冲击 作用产生的能量损失.
<流体输配管网>
第六章：通风管道的设计计算
2. 局部阻力 局部阻力计算式为: Z=ξ · U2/2 ρ Pa 其中ξ 为局部阻力系数, 根据不同的构件查 表获得. 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;
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500 800 380
380
420
800
420 400
410*315
420
6.计算各管段的沿程阻力和局部阻力(见表2-3-5) 7.对并联管路进行阻力平衡：
图
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<流体输配管网>
8.计算系统总阻力，获得管网特性曲线 最不利环路所有串联管路1-3-5-6-7阻力之和。
P 538kg S
（2）流量当量直径
(ab) DL 1.3 0.25 ( a b)
0.625
例2 同例1 解：v＝1÷(0.4 × 0.5)=5 m/s DL=1.3(ab)0.625/(a+b)0.25=478mm 查图2-3-1 得Rm0＝0.61Pa/m Kr=(3 ×5)0.25=1.96 Rm=1.96 ×0.61=1.2Pa/m
确定侧孔个数、侧孔 间距、每个孔的风量 计算送风管道直 径和阻力
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计算侧孔面积
五、计算例题
如图所示：总风量为8000m3/h的圆形均匀送风管道 采用8个等面积的侧孔均匀送风，孔间距为1.5M，确
定其孔口面积、风管各断面直径及总阻力。
解：1、确定孔口平均流速v0，
v0 4.5m / s 8000 f0 0.062 8 3600 4.5
例6-1
有一表面光滑的砖砌风道（K＝3mm），断 面500×400mm，L＝1m3/s，求Rm
解：v＝1÷(0.4 × 0.5)=5 m/s Dv=2ab/(a+b)=444mm 查图2-3-1 得Rm0＝0.62Pa/m Kr=(3 ×5)0.25=1.96 Rm=1.96 ×0.62=1.22 Pa/m
水力计算步骤（静压复得法）
计算前，完成管网布置
确定管道上各孔口的出流速度。
计算各孔口处的管内静压Pj和流量。 顺流向定第一孔口处管内流速、全压和管道尺寸。
计算第一孔口到第二孔口的阻力P1· 。 2
计算第二孔口处的动压 Pd2。 计算第二孔口处的管内流速，确定该处的管道尺寸。