通风除尘管网的设计计算.
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第六章 通风除尘管网的设计计算
第六章：通风除尘管网设计计算
• 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; • 二是确定管道的尺寸(直径)，管道设计 的合理与否直接影响系统的投资费用和 运行费用。
第六章：通风除尘管网设计计算
• 一. 管道压力计算 • (一) 管道的阻力计算
第六章：通风除尘管网设计计算
• 均匀送风管道的计算 • 要求送风管道从风管侧壁上的若干风口(或短 管), 以相同的出口速度, 均匀地把等量的空 气送入室内, 这种送风管道称为均匀送风管道. 均匀送风管道的构造有两种形式, 一种是均匀 送风管道的断面变化(即断面逐渐缩小)而侧风 口(或短管)的面积相等; 另一种是送风管道的 断面不变化而侧风口(或短管)的面积都不相等. • 其计算的基本原理是保持各侧孔的静压相等. 根据管道阻力的计算和能量方程即可求得各侧 孔静压相等的关系式.
第六章：通风除尘管网设计计算
• (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. • 在通风风流基本理论一章中已作分析。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.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 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.
第六章：通风除尘管网设计计算
• (一) 管道直径的计算 • (3) 管道投资费用和运行费用的合理性: 管 道直径增大, 阻力减少, 运行费用降低, 但 阻力增大, 运行费用也增大. 因此, 管径的 合理性应表现在管道投资费用与运行费用总 和最小. • 设计时, 要使确定的管径完全满足上述约束 条件是很困难的, 因此人们提出了各种计算 方法, 常用的有以下几种方法：
第六章：通风除尘管网设计计算
• 均匀送风管道计算的目的是确定侧孔的面积, 风管 断面尺寸以及均匀送风管段的阻力. 当侧孔的数量, 侧孔的间距以及每个侧孔的送风量确定之后, 按上 述原理即可计算出均匀送风管道的尺寸.
三. 管道设计中的有关问题
• 管道的阻力计算和尺寸计算只是管道设计的部分内 容, 在设计中还有许多因素需要考虑. 如风管的布 置问题, 风管类型与材料的确定问题, 管件定型化 问题. 风管的防火防爆措施, 风管的防腐, 泄水及 保温措施等, 在设计中都应充分考虑.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 管道摩擦阻力受多种因素的影响, 在设计 计算时应考虑这些因素. 主要影响因素有: 管壁的粗糙度和空气温度. 粗糙度越大, 摩擦阻力系数λ 值越大, 摩擦阻力越大. 温度影响空气密度和粘度, 因而影响比摩 阻Rm. 温度上升, 比摩阻Rm下降. 线解图 上查得的Rm是20℃时的数值, 实际计算应 根据具体温度进行修正.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 1. 假定流速法 • 其原理是取管内流速等于最小风速或经济风 速, 根据管内的流量Li即可得管径Di为: • Di= 4Li/(π Vmin) • 采用假定流速法求出的各分支阻力一般不平 衡需进行阻力平衡调节. 假定流速法的计算 步骤如下: • (1) 绘制通风系统轴侧图, 对各管段先进编 号, 标注各管段的长度和风量. • (2) 选择管内合理的空气流速.
• 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：通风除尘管网设计计算
• 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. • 1. 摩擦阻力 • 管道的摩擦阻力采用下式计算: • Δ Pm=λ · (L/De)· ρ U2/2 • 式中Δ Pm----摩擦阻力, Pa; • λ ----摩擦阻力系数, 其值与流态有关; • L----管道长度, m;
第六章：通风除尘管网设计计算
• 流量当量直径是假设等效圆管的流量与矩形 管的流量相等, 并且单位长度的摩擦阻力也 相等. 由此推得流量当量直径为: • 3 3 • • 实际计算中多采用流速当量直径. • 在实际设计计算中, 一般将上述摩擦阻力计 算式作一定的变换, 使其变为更直观的表达 式. 目前有如下两种变换方式:
a b D1 1.3 ab
5
第六章：通风除尘管网设计计算
• (1) 比摩阻法: 令 Rm=(λ /De)· ρ U2/2 • 称Rm为比摩阻, Pa/m, 其意义是单位长 度管道的摩擦阻力. 这样摩擦阻力计算式则 变换成下列表达式: • Δ Pm=Rm· L • 为了便于工程设计计算, 人们对Rm的确定 已作出了线解图, 设计时只需根据管内风量、 管径和管壁粗糙度由线解图上即可查出Rm值, 这样就很容易由上式算出摩擦阻力.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 2. 局部阻力 • 局部阻力计算式为: • Z=ξ · ρ U2/2 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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• (2) 综合摩擦阻力系数法: 管内风速U=L/f, L为管内风量, f为管道断面积. 将U代入摩擦 阻力计算式Δ Pm=λ · (L/De)· ρ U2/2后, 令 • Km=λ · (L/De)· ρ /2f2 • 则摩擦阻力计算式变换为下列表达式: • Δ Pm=Km· L2 • 称Km为综合摩擦阻力系数, N· S2/m8. • 采用 Δ Pm=Km· L2 计算式更便于管道系统的分 析及风机的选择, 因此在管网系统运行分析 与调节计算时, 多采用该计算式.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 管道的阻力计算 • 1. 摩擦阻力 • 管道的摩擦阻力采用下式计算: • Δ Pm=λ · (L/De)· ρ U2/2 • 式中Δ Pm----摩擦阻力, Pa; • λ ----摩擦阻力系数, 其值与流态有关; • L----管道长度, m; • ρ ----空气密度, Kg/m3; • U----管内平均流速, m/s; • De----风管的当量直径, m.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 当量直径： De= 4· f/P • 式中f----管道的断面积, m2; • P----管道的周长, m. • 对于圆管, 当量直径即为管道的直径. 对 于矩形管, 通常采用两种当量直径,即流速当 量直径和流量当量直径. 流速当量直径是假 设当量管道的流速与矩形管的流速相等, 并 且单位长度的摩擦阻力也相等. 由此推得流 速当量直径为: • De=2ab/(a+b) • a,b为矩形管断面的长, 宽边尺寸.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 3. 静压复得法：该法原理是在管道的分支处, 由于分流使流速降低, 根据静压与动压的转 换原理, 流速降低, 使风管分支处复得一定 的静压, 令此复得静压等于该管段的阻力.由 此即可求得管道的直径. 此法主要用于高风 速管网的计算. • 4. 优化设计法：该法的原理是以管道投资费 用与运行费用总和最低作为目标函数而获得 管道直径. 这种方法是管网设计计算中的新 理论, 它对于降低通风系统的能耗, 提高管 网风平衡精度具有重要的意义.
第六章：通风除尘管网设计计算
第六章：通风除尘管网设计计算
• (3) 根据各管段的风量和选定的流速确定各管段的 管径, 并计算各管段的摩擦阻力和局部阻力. • (4) 对并联管路进行阻力平衡调节. • (5) 计算系统的总阻力, 并根据总阻力和总风量选 择风机. • 2. 等压损法 • 该法的原理是, 假设风机的风压H为已知, 各管段单 位长度的压力损失相等, 由此而求出各分支的管径. 这种方法计算结果也很难满足阻力平衡要求, 因此 也需要进行阻力平衡调节.
第六章：通风除尘管网设计计算
通风管道系统划分
第六章：通风除尘管网设计计算
风管布置
第六章：通风除尘管网设计计算
风管材料
第六章：通风除尘管网设计计算风管保温源自第六章：通风除尘管网设计计算
• (一) 管道直径的计算 • 在计算管道直径时, 应满足以下约束条件: • (1) 管内流速的要求: 对于除尘管道, 为了 防止粉尘沉积管壁上, 管内流速要大于一定 的数值, 即U≥Umin, Umin为防止粉尘沉积的 最小风速. 对非除尘管网可不受这个条件的 约束. • (2) 阻力平衡要求: 要使各分支的风量满足 设计要求, 各分支的阻力必须平衡. 如果设 计的阻力不平衡就应进行调节.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 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; • 二是确定管道的尺寸(直径)，管道设计 的合理与否直接影响系统的投资费用和 运行费用。
第六章：通风除尘管网设计计算
• 一. 管道压力计算 • (一) 管道的阻力计算
第六章：通风除尘管网设计计算
• 均匀送风管道的计算 • 要求送风管道从风管侧壁上的若干风口(或短 管), 以相同的出口速度, 均匀地把等量的空 气送入室内, 这种送风管道称为均匀送风管道. 均匀送风管道的构造有两种形式, 一种是均匀 送风管道的断面变化(即断面逐渐缩小)而侧风 口(或短管)的面积相等; 另一种是送风管道的 断面不变化而侧风口(或短管)的面积都不相等. • 其计算的基本原理是保持各侧孔的静压相等. 根据管道阻力的计算和能量方程即可求得各侧 孔静压相等的关系式.
第六章：通风除尘管网设计计算
• (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. • 在通风风流基本理论一章中已作分析。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.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 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.
第六章：通风除尘管网设计计算
• (一) 管道直径的计算 • (3) 管道投资费用和运行费用的合理性: 管 道直径增大, 阻力减少, 运行费用降低, 但 阻力增大, 运行费用也增大. 因此, 管径的 合理性应表现在管道投资费用与运行费用总 和最小. • 设计时, 要使确定的管径完全满足上述约束 条件是很困难的, 因此人们提出了各种计算 方法, 常用的有以下几种方法：
第六章：通风除尘管网设计计算
• 均匀送风管道计算的目的是确定侧孔的面积, 风管 断面尺寸以及均匀送风管段的阻力. 当侧孔的数量, 侧孔的间距以及每个侧孔的送风量确定之后, 按上 述原理即可计算出均匀送风管道的尺寸.
三. 管道设计中的有关问题
• 管道的阻力计算和尺寸计算只是管道设计的部分内 容, 在设计中还有许多因素需要考虑. 如风管的布 置问题, 风管类型与材料的确定问题, 管件定型化 问题. 风管的防火防爆措施, 风管的防腐, 泄水及 保温措施等, 在设计中都应充分考虑.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 管道摩擦阻力受多种因素的影响, 在设计 计算时应考虑这些因素. 主要影响因素有: 管壁的粗糙度和空气温度. 粗糙度越大, 摩擦阻力系数λ 值越大, 摩擦阻力越大. 温度影响空气密度和粘度, 因而影响比摩 阻Rm. 温度上升, 比摩阻Rm下降. 线解图 上查得的Rm是20℃时的数值, 实际计算应 根据具体温度进行修正.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 1. 假定流速法 • 其原理是取管内流速等于最小风速或经济风 速, 根据管内的流量Li即可得管径Di为: • Di= 4Li/(π Vmin) • 采用假定流速法求出的各分支阻力一般不平 衡需进行阻力平衡调节. 假定流速法的计算 步骤如下: • (1) 绘制通风系统轴侧图, 对各管段先进编 号, 标注各管段的长度和风量. • (2) 选择管内合理的空气流速.
• 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：通风除尘管网设计计算
• 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. • 1. 摩擦阻力 • 管道的摩擦阻力采用下式计算: • Δ Pm=λ · (L/De)· ρ U2/2 • 式中Δ Pm----摩擦阻力, Pa; • λ ----摩擦阻力系数, 其值与流态有关; • L----管道长度, m;
第六章：通风除尘管网设计计算
• 流量当量直径是假设等效圆管的流量与矩形 管的流量相等, 并且单位长度的摩擦阻力也 相等. 由此推得流量当量直径为: • 3 3 • • 实际计算中多采用流速当量直径. • 在实际设计计算中, 一般将上述摩擦阻力计 算式作一定的变换, 使其变为更直观的表达 式. 目前有如下两种变换方式:
a b D1 1.3 ab
5
第六章：通风除尘管网设计计算
• (1) 比摩阻法: 令 Rm=(λ /De)· ρ U2/2 • 称Rm为比摩阻, Pa/m, 其意义是单位长 度管道的摩擦阻力. 这样摩擦阻力计算式则 变换成下列表达式: • Δ Pm=Rm· L • 为了便于工程设计计算, 人们对Rm的确定 已作出了线解图, 设计时只需根据管内风量、 管径和管壁粗糙度由线解图上即可查出Rm值, 这样就很容易由上式算出摩擦阻力.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 2. 局部阻力 • 局部阻力计算式为: • Z=ξ · ρ U2/2 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;
第六章：通风除尘管网设计计算
• (2) 综合摩擦阻力系数法: 管内风速U=L/f, L为管内风量, f为管道断面积. 将U代入摩擦 阻力计算式Δ Pm=λ · (L/De)· ρ U2/2后, 令 • Km=λ · (L/De)· ρ /2f2 • 则摩擦阻力计算式变换为下列表达式: • Δ Pm=Km· L2 • 称Km为综合摩擦阻力系数, N· S2/m8. • 采用 Δ Pm=Km· L2 计算式更便于管道系统的分 析及风机的选择, 因此在管网系统运行分析 与调节计算时, 多采用该计算式.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 管道的阻力计算 • 1. 摩擦阻力 • 管道的摩擦阻力采用下式计算: • Δ Pm=λ · (L/De)· ρ U2/2 • 式中Δ Pm----摩擦阻力, Pa; • λ ----摩擦阻力系数, 其值与流态有关; • L----管道长度, m; • ρ ----空气密度, Kg/m3; • U----管内平均流速, m/s; • De----风管的当量直径, m.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 当量直径： De= 4· f/P • 式中f----管道的断面积, m2; • P----管道的周长, m. • 对于圆管, 当量直径即为管道的直径. 对 于矩形管, 通常采用两种当量直径,即流速当 量直径和流量当量直径. 流速当量直径是假 设当量管道的流速与矩形管的流速相等, 并 且单位长度的摩擦阻力也相等. 由此推得流 速当量直径为: • De=2ab/(a+b) • a,b为矩形管断面的长, 宽边尺寸.
第六章：通风除尘管网设计计算
• 3. 静压复得法：该法原理是在管道的分支处, 由于分流使流速降低, 根据静压与动压的转 换原理, 流速降低, 使风管分支处复得一定 的静压, 令此复得静压等于该管段的阻力.由 此即可求得管道的直径. 此法主要用于高风 速管网的计算. • 4. 优化设计法：该法的原理是以管道投资费 用与运行费用总和最低作为目标函数而获得 管道直径. 这种方法是管网设计计算中的新 理论, 它对于降低通风系统的能耗, 提高管 网风平衡精度具有重要的意义.
第六章：通风除尘管网设计计算
第六章：通风除尘管网设计计算
• (3) 根据各管段的风量和选定的流速确定各管段的 管径, 并计算各管段的摩擦阻力和局部阻力. • (4) 对并联管路进行阻力平衡调节. • (5) 计算系统的总阻力, 并根据总阻力和总风量选 择风机. • 2. 等压损法 • 该法的原理是, 假设风机的风压H为已知, 各管段单 位长度的压力损失相等, 由此而求出各分支的管径. 这种方法计算结果也很难满足阻力平衡要求, 因此 也需要进行阻力平衡调节.
第六章：通风除尘管网设计计算
通风管道系统划分
第六章：通风除尘管网设计计算
风管布置
第六章：通风除尘管网设计计算
风管材料
第六章：通风除尘管网设计计算风管保温源自第六章：通风除尘管网设计计算
• (一) 管道直径的计算 • 在计算管道直径时, 应满足以下约束条件: • (1) 管内流速的要求: 对于除尘管道, 为了 防止粉尘沉积管壁上, 管内流速要大于一定 的数值, 即U≥Umin, Umin为防止粉尘沉积的 最小风速. 对非除尘管网可不受这个条件的 约束. • (2) 阻力平衡要求: 要使各分支的风量满足 设计要求, 各分支的阻力必须平衡. 如果设 计的阻力不平衡就应进行调节.