第六章 防排烟系统的管路计算(一)

c小区，当Re继续增大时，K/D实验点各自 渐渐偏离b段曲线，形成一条条波状曲线， 表明此时λ不仅与Re有关，而且与K/D也有 关，称湍流过渡区。
烟气控制与安全疏散
沿程阻力计算基本公式
Ⅲ区为湍流粗糙区。当Re增大到一 定程度后，K/D实验散点分别落在 大致平行于lgRe坐标轴的六条直线 上，表明λ只与K/D有关，与Re无 关。流体运动处于湍流粗糙区或称 阻力平方区(又称第二自模化区)。
烟气控制与安全疏散
沿程阻力计算基本公式
阻力区名称 层流区
湍流光滑区
湍流过渡区 湍流粗糙区
判据
Re 2000
2000 Re 105
105 Re 316( 0.5 )0.85 K/D
316( 0.5 )0.85 Re 4160( 0.5 )0.85
K/D
K/D
Re 4160( 0.5 )0.85 K/D
大气压力修正系数：KB


P0
0.9

101.3
烟气控制与安全疏散
影响沿程阻力损失的因素
管壁粗糙度修正
Rm Kr Rm0
烟气控制与安全疏散
影响沿程阻力损失的因素
常见材料的粗糙度
烟气控制与安全疏散
影响沿程阻力损失的因素
钢板制风道粗糙度修正系数
烟气控制与安全疏散
影响沿程阻力损失的因素
v2
2
烟气控制与安全疏散
烟气控制与安全疏散
其它形式的管道（矩形）
为了利用已有的圆形风道的计算公式或计算 图表，对于计算诸如一些非圆形断面的矩形 风道或其它断面的风道，通常借助于“当量 直径”这一概念来计算。
所谓当量直径，就是与矩形风管具有相同单 位长度摩擦阻力的圆形风管直径。
流速当量直径 流量当量直径
第六章 防排烟系统的管路计算
期
烟气控制与安全疏散
烟气控制与安全疏散
烟气控制与安全疏散
主要内容
管道设计基础知识 沿程阻力 局部阻力 管道内的压力分布 通风管道的设计计算
烟气控制与安全疏散
管道设计基础知识
通风管道的基本概念 基本术语 流动阻力及其形式
烟气控制与安全疏散
烟气控制与安全疏散
影响沿程阻力损失的因素
密度和粘度修正
Rm Rm0 / 0 0.91 /0 0.1
烟气控制与安全疏散
影响沿程阻力损失的因素
空气温度和大气压力的修正
Rm Kt K B Rm0
温度修正系数：Kt


273

20
0.825


273 t
摩擦阻力系数计算公式
64 / Re 0.3164/ Re0.25
1 2 lg( K 2.51 )

3.71D Re
烟气控制与安全疏散
圆形管道的沿程阻力
Darcy—Weisbach公式
Pl


4Rs

v2
2
l
圆形管道
Pl


D

v2
2
l
比摩阻
Rm

Pl
/l


D

烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算
三通
凡是和分流前或汇流后的流道直通的管道称直 管，而与其成交角α的管道称支管。
三通的局部阻力系数取决于夹角α、流量、管道 的几何参数。
每个支管的局部阻力系数是不一样的。 合流三通的局力系数常常出现负值，意味着经
基本术语
流速V
VL A
u dA
A A
烟气控制与安全疏散
基本术语
湿周：流体的过流面积的周界与管道壁面相
接处的那部分长度，用 表示。（单位：m）
烟气控制与安全疏散
基本术语
水力半径：水力要素过流面积与湿周之比。 （单位：m）
Rs

A

过流面积一定，湿周小，流动阻力小，水力半 径大。
烟气控制与安全疏散
沿程阻力计算基本公式
Ⅱ区为过渡区。这个区又可以分成三个小区 (分成三段摩擦阻力曲线)。
a小区，由层流到湍流的过渡段，又称临界 过渡区。这个区的Re在2000-4000(即1gRe ＝3.36-3.6)，K/D实验点都集中在“段曲线 上，流态既不稳定又范围小，无实用意义。
b小区，这个区的Re＞4000(即1gRe＞3.6) 以后，K/D实验点都集中在b段直线上，表 明λ只与Re有关，与K/D无关，所以又称湍 流光滑区。
管道截面突然缩小
0.（5 1 A2 ）
A1 对应流速水头：V22 / 2g
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算
渐扩管
其水头损失可由其摩擦 损失hf和扩散损失hea两 部分组成。
对于圆形管道，可由其 扩大面积比n=A2/A1和扩 散角α组成。
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算
弯管
d ρ
(1.31 0.159 ( d )3.5 ) 90
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算
折角弯管
u
d
α
d
u
0.946sin2 ( ) 2.047sin4 ( )
2
2
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算
三通
Rs

A

烟气控制与安全疏散
影响沿程阻力损失的因素
上述的计算采用的是标准参数：
大气压力P0=101.325kPa 温度t0=200C 空气密度ρ0=1.204kg/m3 运动粘度ν0=15.06×10-6m2/s 管壁粗糙度K=0.15mm 圆形钢制风管
如果使用条件与上述不符，必须进行修正。
Pg Pl Pd
烟气控制与安全疏散
沿程阻力
沿程阻力计算基本公式 圆形管道的沿程阻力 其它形式的管道 影响沿程阻力损失的因素
烟气控制与安全疏散
沿程阻力计算基本公式
Pl


4Rs

v2
2
l
计算的关键在于确定沿程摩擦阻力系数λ ！
烟Pl 气4Rs控 v22制 l 与安全疏散
断面的几何形式
圆形 非圆形
所用材料
金属风道 非金属风道
烟气控制与安全疏散
通风管道的基本概念
管段：具有一定长度的、并保持摩擦阻力系 数和流速及断面几何形状不变的风道。
管道计算的任务
设计计算：已知通风系统和通风量，确定管道 的断面尺寸和阻力，选择合适的风机和电动机 的功率。
Pd

V 2
2
Pa
hd

V2 2g
Pa
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定性分析
渐变与突变
截面突变，惯性力处于支配地位。
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定性分析
渐变与突变
减速增压，压力处于支配地位。
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定性分析
渐变与突变
离心力作用，内外侧有压强差。
烟气控制与安全疏散
10
15
20
25
30
0.02
0.03
0.05
0.06
0.07
0.03
0.06
0.10
0.12
0.13
0.05
0.09
0.14
0.17
0.19
0.06
0.13
0.20
0.23
0.26
0.08
0.16
0.26
0.30
0.33
0.09
0.19
0.30
0.36
0.39
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算
渐缩管
当阻碍流体运动的力发生在流体中的某一个 局部地区时，称之为局部阻力。流体因克服 局部阻力所引起的能量损失，称之为局部损 失。
烟气控制与安全疏散
基本术语
在通风与空气调节工程中，为了便于分析和 计算，通常根据流体运动管段壁面是否沿程 发生变化，把能量损失分成两类：即沿程损 失和局部损失。因此整个通风或空调系统中 的能量损失应是沿程损失和局部损失之和。 即
烟气控制与安全疏散
基本术语
①表示理想总水头线。 ②表示实际总水头线。 ③表示测压管水头线。 ④表示管道轴线。 ⑤表示基准线或基准面。
烟气控制与安全疏散
基本术语
沿程阻力与沿程损失： 阻碍空气沿着管段 长度方向上的运动的力，称之为沿程阻力 或沿程摩阻。空气因克服沿程阻力所引起的 能量损失称之为沿程损失。
湿周一定，过流面积大，流动阻力小，水力半 径大。
烟气控制与安全疏散
基本术语
静压：静止流体作用于管道壁面的总压力。
帕：N/m2 工程单位：kg f/m2 液柱的高度：m H2O、mmHg
h Pj / g （流体容重）
对于静止流体，有： Pj P0 h
局部阻力的定性分析
渐变与突变
收缩角不够小。
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定性分析
f (局部障碍形状，相对粗 糙度，Re)
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算
管道截面突然扩大
对于V1：
（1
A1 ）2 A2
对于V2：
（ A2 A1
1）2
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算
校核计算：验证已有系统是否符合要求。
烟气控制与安全疏散
基本术语
流量
体积流量： L A V m3 / s L AV 3600 m3 / h
质量流量： M L AV kg/ s
M AV 3600 kg / h
烟气控制与安全疏散
例题2
一薄钢矩形风管，断面尺寸为 500mm×320mm，流量qv=0.75m3/s，求单位 长度摩擦阻力。
烟气控制与安全疏散
局部阻力
定性分析
定量计算
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定性分析
阀门、弯头、三通……
流量不变：阀门、弯头、渐阔（缩）管 流量改变：三通、风管侧壁的送（吸）风口
通风管道的基本概念
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、 有害气体排送室外或经净化处理后排送室外 的管道。
通风除尘：排风 空调：送风
烟气控制与安全疏散
通风管道的基本概念
按空气流速不同
低速管道： 高速管道:流速≥ 15m/s或静压≥400Pa
P0 :自由表面上的压强
烟气控制与安全疏散
基本术语
动压：迫使流体由静至动向前加速运动的动 压力。
Pd

1 2
V 2


V 2 2g
烟气控制与安全疏散
基本术语
全压：动压与静压之和。
Pq

Pj


V 2g
2
物理意义：一定数量的流体压力与该流体所含 的能量成正比。
水力学意义：表示总水头。
hf

8
s

in

1

1 n2

v12 2g
2
hea

k1
1 n2
2

v12 2g
k : 与有关的系数
n A2 / A1


8sin
1
1 n2
k1
1 n2
2

2
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算

n
1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 3.50
沿程阻力计算基本公式
绝对粗糙度：壁面表面凸起的峰顶和下凹的 谷底的高差。
烟气控制与安全疏散
沿程阻力计算基本公式
尼古拉兹实验
烟气控制与安全疏散
沿程阻力计算基本公式
烟气控制与安全疏散
沿程阻力计算基本公式
I区为层流区。 这个区的Re＜2000(即lgRe＜3.36)，所 有的K／D实验点都落在直线I上， 即λ ＝64／Re。
塑料板制风道粗糙度修正系数
烟气控制与安全疏散
影响沿程阻力损失的因素
非金属制风道粗糙度修正系数
烟气控制与安全疏散
例题1
有一通风系统，采用薄钢板圆形风管（K： 0.15mm），已知风量qV=3600m3/h。管径 D=300mm，空气温度300C，试求管内流速 和单位长度摩擦阻力。
烟气控制与安全疏散
烟气控制与安全疏散
其它形式的管道
所谓流速当量直径就是这样的一种假想直径， 设某一圆形风道中的空气流速V圆、比摩阻R 圆与矩形风道中的空气流速V矩、 比摩阻V矩 相等，则称该圆形风道的直径Dv为此矩形风 道的流速当量直径。
Dv

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2a b ab
m
烟气控制与安全疏散
其它形式的管道（矩形）
1 n2 0.5k（1 A2 ）
8sin
A1
2
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算
弯管
烟气控制与安全疏散
局部阻力的定量计算
弯管
在弯管内形成的二次流，消失较慢，因而加大 了弯管后面的影响长度。弯管的影响长度最大 可超过50倍管径。
弯管的几何形状决定于转角θ和曲率半径与管径 之比R/d(或R/b)。对矩形断面的弯管还有高宽比 h/b。
所谓流量当量直径就是这样的一种假想直径， 设某一圆形风道中的空气流量L圆、比摩阻R 圆与矩形风道中的空气流量L矩、比摩阻 R矩 相等，则称该圆形风道的直径DL为此矩形风 道的流量当量直径。
DL
1.3
ab 0.625 a b 0.25
烟气控制与安全疏散
其它形式的管道
直接采用Darcy—Weisbach公式，但必须计 算水力半径。