均匀送风管道的设计计算

P219 例7-1
有一薄钢板风道断面尺寸为500mm×400mm，风量L=3600m3/h,求单位长度摩擦阻力Rm. 粗糙度K=0.15mm.
解 矩形风道内空气流速为：
v L 3600 5m /s 3600F36000.50.4
矩形风道的流速当量直径Dv：
2ab 20.50.4 D vab0.50.40.44m
三通有两个支管，所以有两个局部阻力系数，除特别注明对应各自的动压头外，一般都 对应总压头。
弯头内空气的流动状态
渐扩管内空气的流动状态
合流三通内空气的流动
三、风道内空气流动阻力 风道内空气流动阻力，等于摩擦阻力和局部阻力总和，即：
式中的单位长度摩擦阻力可查线解图，局部阻力系数可查附录7-1。
均匀送风管道的设计计算
1
第一节 风道内空气流动阻力
空气粘性及风道内流体的相对运动
内摩擦力
次要地位
空气流动惯性及风道边壁扰动
局部阻力 主要地位
空气流动阻力
一、摩擦阻力
摩擦阻力主要发生在流动边界层内。空气在风道内流动时，由于边壁上流体质点无滑动， 故而从边壁开始形成一个边界层。边界层内存在较大的流速梯度，所以在流体流动时， 就产生了阻碍流体流动的内摩擦力。
局部阻力按下式计算：
2
式中，ξ—局部阻力系数。
Z
v—ξ与之对应的断面流速。
2 影响局部阻力系数ξ的主要因素有:管件形状，壁面粗糙度及雷诺数。由于通风空
调系统的空气流动大都处于非层流区，故可认为ξ仅仅和管件形状有关。
1.弯头
空气流经弯头时，流向发生变化。由于气流惯性，则在边壁的尖角处发生边界层脱离而 形成涡流，同时因离心力作用，外侧力大于内侧，外侧流速小于内侧，在外侧的减速增 压区内也会发生边界层脱离形成旋涡。可见，要减小弯头的局部阻力，就必须设法减小 形成旋涡的原因。为此，可采取加大曲率半径以减小曲率，也可在弯头内加设导流叶片。
2.变径管
空气流经变径管时，由于过流断面的变化而引起流速变化，在减速增压区产生边界层脱 离并形成旋涡，造成局部阻力损失。过流断面变化愈大，损失也愈大，要想减小阻力损 失，就必须减小过流断面的变化，可以用渐变管来代替突然扩大和突然缩小管。
3. 三通
三通形状是由总流与支流的夹角α及其面积比F1/F3，F2/F3这几个几何参数确定的。但 三通的特征是它的流量前后有变化，因此，三通局部阻力系数不仅与几何形状有关，而 且与流量比L1/L3，L2/L3有关。
（三）摩擦阻力的温度修正 空气密度ρ，运动粘性系数v都与温度有关，故而摩擦阻力与温度有关。计算摩擦阻力
的线算图，通常是按20℃制作的，所以对于其他温度条件，需要进行温度校正。 （四）单位长度摩擦阻力线算图 为了避免繁琐计算，常将单位长度摩擦阻力Rm制成线算图。制作该图的条件是：圆风道，
空气温度20℃，按照紊流过渡区公式计算。
若按水力粗糙管推导，得到：
若按水力光滑管推导，得到：
a3b3 0.2
DL
=1.265
a
b
Βιβλιοθήκη Baidu
DL=1.31(aa3bb)31.25
0.21
在运用当量直径时，有两点需要注意。
第一，当量直径概念用于紊流流动是合适的，用于层流则会产生较大误差。条缝行风道 运用当量直径时也会产生较大误差。
第二，在利用线算图查摩擦阻力时，一定要注意对应关系。如采用Dv时，必须用矩形风道 中流速去查，如采用Dl时，必须用矩形风道中流量去查。但是，无论用哪种当量直径去 查，其单位长度摩擦阻力Rm都是相等的。
P ( P m Z ) ( lR m Z )
第二节 风道内的压力分布 风道内的压力是指风道内空气所具有的全压。全压包括动压和静压两部分。即：
p p p 式中pq,pd和pj分别为全压、动压和静压。空气在流动过程中要损失能量，所以风道内 q d j 的空气总是从全压高的地方流向全压低的地方，即全压随着流动过程在变化。同时， 当风道的过流断面或流量发生变化时，会引起动压和静压之间的相互转化。因此在整 个风道系统中，形成了压力分布。
（二）风道的水力半径和矩形风道当量直径的计算 水力半径Rs：过流断面A与湿周P之比。
A
定义
Rs P
定义式
1.流速当量直径
设定某一圆形风道中的空气流速与矩形风道中的流速相等，并且单位长度摩擦阻力也相 等，则该圆形风道直径就称为此矩形风道的流速当量直径。用Dv表示。
根据定义，有下式成立：
2 2
由v=5m/s，Dv=0.44m,以及K=0.15mm,从图7-2查得Rm=0.9Pa/m
二、局部阻力
在风道系统中，总要安装一些管件用以控制或调节风道内空气的流动。比较典型的管件 有：弯头，三通及变径管。当空气流经管件时，由于流量大小和流动方向的改变，引起 了流速的重新分布并产生涡流。由此产生的阻力，称为局部阻力。
空气在风道中的流动阻力，通常以单位体积流体的能量损失ΔP表示。
摩擦阻力Δpm的数学表达式为:
pm
l 4Rs
v2
2
式中:λ-摩擦阻力系数
Rs-风道水力半径，m; l-风道长度，m; v-风道内空气平均流速，m/s; ρ-空气密度，kg/m3.
(一）摩擦阻力系数λ的确定
对于层流，λ只与Re数有关；对于紊流，λ与Re数及壁面粗糙度都有关。根据实验研究 结果，通常按流态、分区域给出不同的计算λ公式。
v12
2
pj2pq2pd2Rml12
v12 2
断面3： 断面2′：
Rm4Rs
2 圆 形=4Rs
2
矩 形
又因为λ,v及ρ均相等
Rs圆形=Rs矩形
根据定义：
Rs圆形=
PA圆形=π π 4DD2
=D 4
Rs矩形=PA矩形=2(aabb)
故有：
D
2ab ab
2.流量当量直径
设定某一圆形风道中空气流量与矩形风量中流量相等，并且单位长度摩擦阻力也相等， 则该圆风道直径就称为此矩形风道的流量当量直径，用DL表示。
pd pq2′ pj2′
pq2 pj2
pd
一、仅有摩擦阻力的风道内压力分布线的绘制：
1 v l1-2
2 2′ v
l2′-3
大气压力线 0
3 0
断面1： 断面2：
p d1
pq1v120大气压 2
pj1pq1pd102 v122 v12
p q 2p q 1 l1 2R m l1 2R m
pd2