通风管道系统的设计计算60页

（5）计算系统的总阻力
（6）选择风机
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[例8-3]
图8-11所示为某车间的振动筛除尘系统。采用矩形伞形排风罩排尘，风 管用钢板制作（粗糙度K＝0.15mm），输送含有铁矿粉尘的含尘气体，气体温度 为20℃。该系统采用CLSΦ800型水膜除尘器，除尘器含尘气流进口尺寸为 318mm×552mm，除尘器阻力900Pa。对该系统进行水力计算，确定该系统的风管 断面尺寸和阻力并选择风机。
➢ 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。
图8-1 摩擦阻力系数λ随雷诺数和相对粗糙度的变化
7பைடு நூலகம்
1 沿程阻力
有关过渡区的摩擦阻力系数计算公式很多，一般采用适用 三个区的柯氏公式来计算。它以一定的实验资料作为基础，美 国、日本、德国的一些暖通手册中广泛采用。我国编制的《全 国通用通风管道计算表》也采用该公式：
1 2lg K 2.51
3.71D Re
41
8.4.1 均匀送风管道的设计原理
风管内流动的空气，在管壁的垂直方向受到气流静压作用， 如果在管的侧壁开孔，由于孔口内外静压差的作用，空气会在垂 直管壁方向从孔口流出。但由于受到原有管内轴向流速的影响， 其孔口出流方向并非垂直于管壁，而是以合成速度沿风管轴线成
解：查附录4，得υ＝14 m/s， Rm0＝7.68 Pa/m
查图8-2得， K t
=0.97
Rm Kt Rm0 =0.97×7.68 Pa/m=7.45 Pa/m
11
2. 矩形风管的沿程阻力计算
《全国通用通风管道计算表》和附录4的线算图是按圆形风 管得出的，在进行矩形风管的摩擦阻力计算时，需要把矩形风 管断面尺寸折算成与之相当的圆形风管直径，即当量直径，再 由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。
16
减小局部阻力的措施
局部阻力在通风、空调系统中占有较大的比例，在设 计时应加以注意。减小局部阻力的着眼点在于防止或推迟气流 与壁面的分离，避免漩涡区的产生或减小漩涡区的大小和强度。 下面介绍几种常用的减小局部阻力的措施。 （1） 渐扩管和渐缩管 几种常见的局部阻力产生的类型： １、突变
２、渐变
17
所谓“当量直径”，就是与矩形风管有相同单位长度摩擦 阻力的圆形风管直径，它有流速当量直径和流量当量直径两种。
（1）流速当量直径
DV
2ab ab
（2）流量当量直径
DL 1.3
ab 0.625 a b 0.25
12
[例8-2]
有一表面光滑的砖砌风道（K=3mm），横断面尺寸为 500mm×400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求单位长度摩阻力。
12
2
Pj 2
22
2
P12
我们可以利用上式对任一通风空调系统的压力分布进行分析 23
8.2.2 风管内空气压力的分布 把一套通风除尘系统内气流的动压、静压和全压的变化 表示在以相对压力为纵坐标的坐标图上，就称为通风除尘系统 的压力分布图。 设有图8-10所示的通风系统，空气进出口都有局部阻力。 分析该系统风管内的压力分布。
化的均匀吸送风
吹出
吸入
从条缝口吹出和吸入的速度分布
40
8.4 均匀送风管道设计计算
（2）风道断面变化，条缝宽度或孔口面积不变，如图8-15所示。
图8-15风道断面F变化，孔口流量系数 及孔口面积 f 0不变
的均匀送风 （3）风道断面、条缝宽度或孔口面积都不变，如图8-16所示。
据静风压道变断化面，F及在孔孔口口面上积设置f 0不不变同时的，阻管体内来静改压变会流不量断系增数大。，可以根
8.1.2 风管内空气流动的阻力
产生阻力的原因： 空气在风管内流动之所以产生阻力是因为空气是具有
粘滞性的实际流体，在运动过程中要克服内部相对运动出 现的摩擦阻力以及风管材料内表面的粗糙程度对气体的阻 滞作用和扰动作用。 阻力的分类：摩擦阻力或沿程阻力；局部阻力
5
1 沿程阻力
空气在任意横断面形状不变的管道中流动时，根据流体力 学原理，它的沿程阻力可以按下式确定：
粗糙度修正系数
200
空气量m3/s
Kt KV 0.25 3 50.25 1.96
Rm Kt Rm0
1.0
1.96 0.62
1.22Pa / m 0.01
0.1 0.62
100
Rm(Pa/m)
14
[例8-2]
2）用流量当量直径求矩形风管单位长度摩擦阻力。
矩形风道的流量当量直径
200
9
1 沿程阻力
需要说明的是，附录4的线算图是是按过渡区的值，在压 力B0=101.3kPa、温度t0=200C、空气密度0=1.24kg/m3、运动粘 度=15.06×10-6m2/s、壁粗糙度K=0.15mm、圆形风管、气流与 管壁间无热量交换等条件下得的。当实际条件与上述不符时，
应进行修正。
1）密度和粘度的修正
2
通风除尘管道
如图，在风机4的动力作用下，排风罩（或排风口）1 将室内污染空气吸入，经管道2送入净化设备3，经净化处理达 到规定的排放标准后，通过风帽5排到室外大气中。
室外大气
1 排风罩
5 风帽
2 风管
4 风机
1 排风罩
3 净化设备
有害气体
3
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。
Rm Rm0 ( 0 )0.91( 0 )0.1
2）空气温度和大气压力的修正
Kt
273 20 0.825
273 t
Rm Kt K BRm0
KB (B 101.3)0.9
3）管壁粗糙度的修正 Rm K r Rm0 Kr K 0.25 10
1 沿程阻力
[例8-1]
有一通风系统，采用薄钢板圆形风管（ K = 0.15 mm），已 知风量L＝3600 m2/h（1m3/s）。管径D＝300 mm，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] 矩道风道内空气流速 1）根据矩形风管的流速当量直径Dv和实际流速V，求矩形风 管的单位长度摩擦阻力。
V L 1 5m / s ab 0.5 0.4
2ab 2500 400 DV a b 500 400 444mm
13
[例8-2]
由V=5m/s、Dv=444mm查图得Rm0=0.62Pa/m
Pm
1 4Rs
v2
2
l
Rs
F X
（1）圆形风管的沿程阻力计算
对于圆形截面风管，其阻力由下式计算：
Pm
1 D
v2
2
l
单位长度的摩擦阻力又称比摩阻。对于圆形风管，由上式 可知其比摩阻为：
Rm
Pm
/
l
D
v2
2
（8-5）
6
1 沿程阻力
摩擦阻力系数λ与管内流态和风管管壁的粗糙度K/D有关
f (Re ，K / D)
全压(Pq) : 全压是静压和动压的代数和：Pq＝Pj十Pd 全压代表l m3气体所具有的总能量。若以大气压为计算的起 点，它可以是正值，亦可以是负值。
根据能量守恒定律，可以写出空气在管道内 流动时不同断面间的能量方程（伯努利方程）。
2
Z2
Pj1
12
2
Z1g
Pj 2
22
2
Z 2 g
P12
1
Z1
Pj1
24
8.3 通风管道的水力计算
8.3.1 风道设计的内容及原则 风道的水力计算分设计计算和校核计算两类。 风道设计时必须遵循以下的原则： （1）系统要简洁、灵活、可靠；便于安装、调节、控制与维修。 （2）断面尺寸要标准化。 （3）断面形状要与建筑结构相配合，使其完美统一。 8.3.2 风道设计的方法
Rm Pa/m
0.01 100
15
2 局部阻力
一般情况下，通风除尘、空气调节和气力输送管道都要安
装一些诸如断面变化的管件(如各种变径管、变形管、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、排风口)，用以控制和调节管内的气
流流动。
流体经过这些管件时，由于边壁或流量的变化，均匀流在
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
4
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
流体在管道内流动时，其流动状态，可以分为层流、紊流。 雷诺数既能判别流体在风道中流动时的流动状态，又是计 算风道摩擦阻力系数的基本参数。
在通风与空调工程中，雷诺数通常用右式表示：Re V D
在通风、空调、冷库、烘房及气幕装置中，常常要求把等量的 空气经由风道侧壁（开有条缝、孔口或短管）均匀的输送到各个空 间，以达到空间内均匀的空气分布。这种送风方式称为均匀送风。
均匀送风管道通常有以下几种形式： （1）条缝宽度或孔口面积变化，风道断面不变，如图8-14所示。
图8-14 风道断面F及孔口流量系数 不变，孔口面积 f0 变
第8章通风管道系统的设计计算
8.0 概述 8.1 风管内气体流动的流态和阻力 8.2 风管内的压力分布 8.3 通风管道的水力计算 8.4 均匀送风管道设计计算 8.5 通风管道设计中的常见问题及其处理措施 8.6 气力输送系统的管道设计计算
1
8.0 概 述
➢ 定义：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。
管水力计算方法有假定流速法、压损平均法和静压复得法等 几种，目前常用的是假定流速法。
25
8.3.3 风道设计的步骤
下面以假定流速法为例介绍风管水力计算的步骤。 （1）绘制通风或空调系统轴测图 （2）确定合理的空气流速 （3）根据各管段的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸， 计算最不利环路的摩擦阻力和局部阻力 （4）并联管路的阻力计算
就具有一定的动压，其值永远是正的。
静压(Pj) :由于空气分子不规则运动而撞击于管壁上产生的压 力称为静压。 计算时，以绝对真空为计算零点的静压称为绝对静压。以大气压 力为零点的静压称为相对静压。空调中的空气静压均指相对静压。 静压高于大气压时为正值，低于大气压时为负值。
22
8.2 风管内的压力分布
３、转弯处
减小局部阻力的措施
４、分岔与会合
1
2
θ2
θ3
3
１ θ1 θ2
２
３
18
（2） 三通
图8-4 三通支管和干管的连接
19
（3）弯管
图8-5 圆形风管弯头 （4） 管道进出口
图8-6 矩形风管弯头
图8-7 设有 导流片的直 角弯头
图8-8 风管进出口阻力 20
（5） 管道和风机的连接
图8-9 风机进出口管道连接
（8-7）
为了避免繁琐的计算，可根据公式（8-5）和式（8-7） 制成各种形式的表格或线算图。附录4所示的通风管道单位长 度摩擦阻力线算图，可供计算管道阻力时使用。运用线算图 或计算表，只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的 任意两个，即可求得其余两个参数。
8
附录4 通风管 道单位长度摩擦
阻力线算图
200
D L
1.3
ab 0.625 a b 0.25
空气量m3/s
1.3
0.4 ×0.50.625 0.4 0.5 0.25
1.0
1.0
0.447 m
由L=1m3/S、DL=487mm查 图2-3-1得Rm0=0.61Pa/m Rm=1.96×0.61=1.2 Pa/m
0.01 0.1
0.61
8
l =4.2m
5
l =3.7m
l =5.5m 2 l =5.5m
7
4
3
l =12m l =6.2m l =5.4m
6 风机
除尘器 10
L=5500m3/h
通风除尘系统的系统图
9
L=2650m3/h
1
L=2700m32/7 h
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
8.4 均匀送风管道设计计算
21
8.2 风管内的压力分布
空气在风管中流动时，由于风管阻力和流速变化，空气的 压力是不断变化的。研究风管内压力的分布规律，有助于我们 正确设计通风和空调系统并使之经济合理、安全可靠的运行。
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。
8.2.1 动压、静压和全压 动压(Pd) : 指空气流动时产生的压力，只要风管内空气流动
这一局部地区遭到破坏，引起流速的大小，方向或分布的变化，
或者气流的合流与分流，使得气流中出现涡流区，由此产生了
局部损失。
多数局部阻力的计算还不能从理论上解决，必须借助于由
实验得来的经验公式或系数。局部阻力一般按下面公式确定：
Z ζ υ2ρ 2
局部阻力系数也不能从理论上求得，一般用实验方法确定。
在附录5中列出了部分常见管件的局部阻力系数。