管道阻力的基本計算方法

1、管道阻力計算空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動阻力有兩種形式：一是由于空氣本身的黏滯性以及空氣與管壁間的摩擦所產(chǎn)生的阻力稱為摩擦阻力；另一是空氣流經(jīng)管道中的管件時(如三通、彎頭等)，流速的大小和方向發(fā)生變化，由此產(chǎn)生的局部渦流所引起的阻力，稱為局部阻力。一、摩擦阻力根據(jù)流體力學(xué)原理，空氣在管道內(nèi)流動時，單位長度管道的摩擦阻力按下式計算:2v 一Rm =(5 - 3)4 Rs 2式中 Rm單位長度摩擦阻力，Pa/ m;u 風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速，m / s;P 空氣的密度，kg/m3;入摩擦阻力系數(shù)；Rs風(fēng)管的水力半徑， m。Rs對圓形風(fēng)管：(54)式中 D風(fēng)管直徑,對矩形風(fēng)管m。Rsab2(a b)式中a, b

2、矩形風(fēng)管的邊長，m。(5 5)因此，圓形風(fēng)管的單位長度摩擦阻力2R-W(5 6)摩擦阻力系數(shù)入與空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動狀態(tài)和風(fēng)管內(nèi)壁的粗糙度有關(guān)。計算摩擦阻力系數(shù)的公式很多，美國、日本、德國的一些暖通手冊和我國通用通風(fēng)管道計算表中所采用的公 式如下：式中 K風(fēng)管內(nèi)壁粗糙度,Re雷諾數(shù)。1K 2.51、2lg( )3.7D Re5(57)mm;vd Re = vm / s;(58)式中 u 風(fēng)管內(nèi)空氣流速，d風(fēng)管內(nèi)徑，m;v運動黏度，m2/ s。在實際應(yīng)用中，為了避免煩瑣的計算，可制成各種形式的計算表或線解圖。圖5-2是計算圓形鋼板風(fēng)管的線解圖。它是在氣體壓力B = 101 . 3kPa、溫度t=2

3、0C、管壁粗糙度 K=0. 15mm等條件下得出的。經(jīng)核算，按此圖查得的Rm值與全國通用通風(fēng)管道計算表查得的入/d值算出的Rm值基本一致，其誤差已可滿足工程設(shè)計的需要。只要已知風(fēng)量、 管徑、流速、單位摩擦阻力 4個參數(shù)中的任意兩個，即可利用該圖求得其余兩個參數(shù)，計算 很方便。20X10110X10、SXIOV4X1 O'件3XW*2X10*1XJQ48XIO56X104XI013X10J2XJOsl1X|QJSOOi4DU200疑一買 £s胃rwRNIN壬 昇拾宜甌一孟gs密學(xué)愚sfisass-! 夔謁最一£»套KI#教一覆IHHKHKS 一 II- L.

4、4-. .PIP < I d Hri fl Bn -_n-r * V ffdinwaF,.匕 lip-*ws . .5 HS&1EWEKIIMESKW-ME.w#¥«Mev£K! 堂-1:£口.日肥<4也|=|2正.，=5|.巳=;1.，. i, li,一 iH:F*l! .mt Il Mi M kr5* - J R 4:!yn 胡我wgasKses 畚#sa®sl!ik'll»曹 鞭誓翳境獸VV5'-'.*眺 V二J*卜X日w裸 F ¥_串a(chǎn)swn惠 雋備VKNN嵌iv AI*.

5、、 13囪010.2 0 4 0.6 0 g 124 6 8 1020 3040506080單位長度摩探阻力/(Pa/m>圖52圓形鋼板風(fēng)管計算線解圖例有一個10m長薄鋼板風(fēng)管，已知風(fēng)量L= 2400m3/ h,流速u= 16m/ s,管壁粗糙度K = 0. 15mm，求該風(fēng)管直徑d及風(fēng)管摩擦阻力 R。解 利用線解圖5-2,在縱坐標(biāo)上找到風(fēng)量 L = 2400m3/h,從這點向右做垂線，與流 速u = 16m/s的斜線相交于一點，在通過該點表示風(fēng)管直徑的斜線上讀得d = 230mm。再過該點做垂直于橫坐標(biāo)的垂線，在與表示單位摩擦阻力的橫坐標(biāo)交點上直接讀得Rm =13. 5Pa/ m。該段

6、風(fēng)管摩擦阻力為：R= Rml= 13.無論是按照全國通用通風(fēng)管道計算表 溫度不等于20 C,而且相差較大時，則應(yīng)對 'Rm = RmKt5 x 10Pa= 135Pa,還是按圖5-2計算風(fēng)管時，如被輸送空氣的R。值進(jìn)行修正，修正公式如下：(5 9)式中Rm在不同溫度下，實際的單位長度摩擦阻力，Pa；Rm按20C的計算表或線解圖查得的單位摩擦阻力，Pa;Kt摩擦阻力溫度修正系數(shù)，如圖53所示。圖53摩擦阻力溫度修正系數(shù)鋼板制的風(fēng)管內(nèi)壁粗糙度 K值一般為0. 15mm。當(dāng)實際使用的鋼板制風(fēng)管，其內(nèi)壁粗糙度K值與制圖表數(shù)值有較大出入時，由計算圖表查得的單位摩擦阻力Rm值乘以表5-3中相應(yīng)的粗

7、糙度修正系數(shù)。表中u為風(fēng)管內(nèi)空氣流速。表5- 3管壁粗糙度修正系數(shù)( ra/ s)z461422243O。0. 010.950, 90850.8Q0.750. 10LOO0.950. 950. 950* 950. 20LOOL051.051,051.05對于一般的通風(fēng)除塵管道，粉塵對摩擦阻力的影響很小，例如含塵濃度為50g/m3時,所增大的摩擦阻力不超過 2%,因此一般情況下可忽略不計。二、局部阻力各種通風(fēng)管道要安裝一些彎頭、三通等配件。流體經(jīng)過這類配件時，由于邊壁或流量的改變，引起了流速的大小、方向或分布的變化，由此產(chǎn)生的能量損失，稱為局部損失，也稱 局部阻力。局部阻力主要可分為兩類：流量不

8、改變時產(chǎn)生的局部阻力，如空氣通過彎頭、 漸擴(kuò)管、漸縮管等；流量改變時所產(chǎn)生的局部阻力，如空氣通過三通等。局部阻力可按下式計算：z =22(5 - 10)式中 Z局部阻力，Pa;E 局部阻力系數(shù)，見表 5-4;u 空氣流速，m/s；P 一空氣密度，kg / m3。上式表明，局部阻力與其中流速的平方成正比。局部阻力系數(shù)通常都是通過實驗確定的?？梢詮挠嘘P(guān)采暖通風(fēng)手冊中查得。表5-4列出了部分管道部件的局部阻力系數(shù)值。在計算通風(fēng)管道時，局部阻力的計算是非常重要的一部分。因為在大多數(shù)情況下，克服局部阻力而損失的能量要比克服摩擦阻力而損失的能量大得多。所以，在制作管件時，如何采取措施減少局部阻力是必須重視

9、的問題。表5-4常見管件局部阻力系數(shù)獎急當(dāng) Y4S*時 匚=0】8Fp-/<*)1015ZD2530I L25O.020.030.050.060. 07L 500.030. Q60.10120. 131.750.050.090140170> 192t 00o. oe0, 130. 200. 23網(wǎng)2. 250,080.Ifl0. Z60. 2S0. 333.500t OSQ.】9OF 300. 3fl0.39局部阻力系敷c（r值以圖內(nèi)所示速度v計箕）次D1.5D2D2.5D3D6D10D7.50.0280.0210.0180.0160.0140.010.008150.0580.04

10、40.0370. 0330.0290. 0210.016300.110. 0810.0690. 0610.0540. 0380.030i0O8 云600.180.140.120.100.0910. 0640.051土R式中900. 230.180.150.130.120. 0830.066D1200. 270.200.170.150>130.100.0?61500. 300. 220.190.170> 150.110.0841800. 330.250.210.180.160.120.092風(fēng) 機(jī) 出 口 平 擴(kuò) 散 ta/C)Fi/Fol.S2.02.53.03.54.0100.

11、080.090.100.100.110.11150.10Oell0.120.130.140.15200.120.140.150.160.170.18250.150.180.210.230. 2$0. 26300.180. 250. 300. 330.350. 35序號名彌 圖形和斷面局部阻力系ft值以圖內(nèi)所示Aftvi.V）F+Fx = Fi<r.30FiF,00.030. 050.10.20.30.40.50.60.70.81.0以圖內(nèi)所示速度巧計算）0.06-1.13-0.07一 0. 30+ 1.8210.123.341.565.20.10-1.12-1.00-0. 76+0.02

12、2. 887. 3413.421.12. 940. 20_】.50-1.35-1.220. 84+0. 05+ 1.42. 704. 466.488.711.417.30.33-2.3】.8。-1.7-1.4-0. 72-0.12+0. 521.21.892.563.34.80. 50-3.0-2.82. 6"A-0.9】-0. 364-0. H0.S60. 84L181.53，（以圖內(nèi)所示速度S計算）0.0100. 06+ 0.04-0.1-0.81-2.1-4.07-6. 600.100.010.100. 08 0. 04一 0. 3：1.05一3. 605. 400. 200.

13、060.100.130. 16+0.06-0. 24-0. 73-1.4C-2.3-3. 34-3. 59-8.640. 330.420.4S0.480.510. 52+0.32+0.0,-0. 32一 0.821. 41-2.19一4.00. 501.401.401.401.361.261. 090.8«+0. 53+0. 150. S2-0.82一2 07序號名稱 圖形和斷函局部阻力系敗 （;值以圖內(nèi)所示的速度幻、巧計算）Fi+Fi-F3a»45#FtKLi/UCK以圖內(nèi)所示速度s計算）00.030. 050.10.20.30.40.50.60.70.81.00. 06

14、-1.12-0. 70-0. 201.821。323.842.464.30. 10-L 22-1.00- 0. 780. 063.007. 6413.922.031.90. ZO-1.50-1.40-1. Z5-0.850.121.4Z3. 004. 867.059. 5012.40. 33-2.0C-1.821.69-1.38-0.66p0.100. 701.482.243. 103. 955. 760. 50-3.0C-2.80-2. 60 2.24-1.50-0. 85-0. 24-0. 300. 791.261.602.18ti（以圖內(nèi)所示速度S計算）0.060.000.050. 05

15、-0.05-0.59-1.6S-3.21-5.130.100. 060.100.)20.110.15-0.71-1.55-2.7)-3.73-0. 200. 200. 250. 300. 300. 260. 04一 0. 33-0. 86-1.52-2. 40 1-3.420. 330. 370. 420. 480. 480. 500. 400. 20-0. 12-0. 5C-1.01-1.60-3. 100, 501-301.301.271.271.201.100. 90+ 0.61+0. 22-0. 2C-0. 68-1.52局部阻力系敗“：值以00內(nèi)所示速度計算）102030405060

16、7080900.31.02.572050100150080000.41.02.5483050.35060000.20.72.05102040)6060000. 250.82.04815301G060000. 200.61.83.5713288040000.20.30.40.50.60.70.80.91.035104.62. 060. 980.440.1?0.060. 0S44.517.88.124.022.080.950. 390. 290序號名彌明砂和斷面昂部阻力泉致值以圈內(nèi)所示速度計算下面通過分析幾種常見管件產(chǎn)生局部阻力的原因，提出減 少局部阻力的辦法。1.三通圖54為一合流三通中氣流的流

17、動情況。 流速不同的1、2兩股氣流在匯合時發(fā)生碰撞, 以及氣流速度改變時形成渦流是產(chǎn)生局部阻力的原因。 三通局部阻力的大小與分支管中心夾 角、三通斷面形狀、支管與總管的面積比和流量比 （即流速比）有關(guān)。圖5 4 合流三通中氣流流動狀態(tài)為了減少三通局部阻力，分支管中心夾角。應(yīng)該取得小一些，一般不超過30。只有在安裝條件限制或為了平衡阻力的情況下，才用較大的夾角，但在任何情況下，都不宜做成垂直的“ T”形三通。為了避免出現(xiàn)引射現(xiàn)象，應(yīng)盡可能使總管和分支管的氣流速度相等， 即按u 3= u 1=0 2來確定總管和分支管的斷面積。這樣，風(fēng)管斷面積的關(guān)系為：F3= F1+F2。2.彎頭當(dāng)氣流流過彎頭時（

18、見圖5-5），由于氣流與管壁的沖擊，產(chǎn)生了渦流區(qū)I;又由于氣流的慣性，使邊界層脫離內(nèi)壁，產(chǎn)生了渦流區(qū)n。兩個渦流區(qū)的存在，使管道中心處的氣流速 度要比管壁附近大，因而產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)氣流。渦流區(qū)的產(chǎn)生和氣流的旋轉(zhuǎn)都是造成局部阻力的 原因。圖5 5彎頭中氣流流動狀況實驗證明，增大曲率半徑可以使彎頭內(nèi)的渦流區(qū)和旋轉(zhuǎn)運動減弱。但是彎頭的曲率半徑也不宜太大，以免占用的空間過大，一般取曲率半徑 R等于彎頭直徑的12倍。在任何情 況下，都不宜采用 90°的“ ：T”形直角彎頭。3.漸縮或漸擴(kuò)管漸縮或漸擴(kuò)管的局部阻力是由于氣流流經(jīng)管件時，斷面和流速發(fā)生變化， 使氣流脫離管壁，形成渦流區(qū)而造成的。圖5-6

19、是漸擴(kuò)管中氣流的流動狀況，圖56漸擴(kuò)管中氣流流動狀況實驗證明，漸縮或漸擴(kuò)管中心角。越大，渦流區(qū)越大，能量損失也越大。為了減少漸縮、 漸擴(kuò)管的局部阻力， 必須減小中心角a ,緩和流速分布的變化，使渦流區(qū)范圍縮小。通常中 心角。不宜超過 45°。、系統(tǒng)阻力整個通風(fēng)除塵系統(tǒng)的阻力稱為系統(tǒng)阻力，它包括吸塵罩阻力、風(fēng)管阻力、除塵器阻力和出口動壓損失4部分。四、通風(fēng)管道的壓力分布圖5 7所示為一簡單通風(fēng)系統(tǒng)，其中沒有管件、吸塵罩和除塵器，假定空氣在進(jìn)口 和出口 C處局部阻力很小，可以忽略不計，系統(tǒng)僅有摩擦阻力。圖5 7僅有摩擦阻力的風(fēng)管壓力分布按下列步驟可以說明該風(fēng)管壓力分布。（斷面）的空氣流速相等，即動壓相等。各點的動壓分布分別為:（1）定出風(fēng)管中各點的壓力。風(fēng)機(jī)開動后，空氣由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)檫\動狀態(tài)。因為風(fēng)管斷 面不變，所以各