管道阻力損失計算

1、管道的阻力計算風管內(nèi)空氣流動的阻力有兩種， 一種是由于空氣本身的粘滯性及其與管壁間的摩擦 而產(chǎn)生的沿程能量損失， 稱為摩擦阻力或沿程阻力；另一種是空氣流經(jīng)風管中的管件及 設備時， 由于流速的大小和方向變化以及產(chǎn)生渦流造成比較集中的能量損失，稱為局部 阻力。通常直管中以摩擦阻力為主，而彎管以局部阻力阻力為主（圖 6-1-1 ）。圖 6-1-1 直管與彎管（一）摩擦阻力1圓形管道摩擦阻力的計算根據(jù)流體力學原理，空氣在橫斷面形狀不變的管道內(nèi)流動時的摩擦阻力按下式計 算：（6-1-1 ）對于圓形風管，摩擦阻力計算公式可改為：（ 6-1-2 ） 圓形風管單位長度的摩擦阻力（又稱比摩阻）為：（6-1-3

2、） 以上各式中入摩擦阻力系數(shù)；v風秘內(nèi)空氣的平均流速，m/s;P空氣的密度，kg/m3;l 風管長度， m；Rs風管的水力半徑，mf 管道中充滿流體部分的橫斷面積，m2；p濕周，在通風、空調(diào)系統(tǒng)中即為風管的周長，mD圓形風管直徑，m摩擦阻力系數(shù) 入與空氣在風管內(nèi)的流動狀態(tài)和風管管壁的粗糙度有關。在通風和 空調(diào)系統(tǒng)中，薄鋼板風管的空氣流動狀態(tài)大多數(shù)屬于紊流光滑區(qū)到粗糙區(qū)之間的過渡 區(qū)。通常，高速風管的流動狀態(tài)也處于過渡區(qū)。只有流速很高、表面粗糙的磚、混凝土 風管流動狀態(tài)才屬于粗糙區(qū)。 計算過渡區(qū)摩擦阻力系數(shù)的公式很多，下面列出的公式適 用范圍較大，在目前得到較廣泛的采用：（6-1-4 ）式中 K

3、風管內(nèi)壁粗糙度，mmD風管直徑，mm進行通風管道的設計時，為了避免煩瑣的計算，可根據(jù)公式（ 6-1-3 ）和（ 6-1-4 ） 制成各種形式的計算表或線解圖， 供計算管道阻力時使用。 只要已知流量、 管徑、流速、 阻力四個參數(shù)中的任意兩個， 即可利用線解圖求得其余的兩個參數(shù)。線解圖是按過渡區(qū) 的入值，在壓力 B0=溫度t0=20 C、寬氣密度 p 0=m3運動粘度 v0=x 10- 6m2/s、 管壁粗糙度K=圓形風管等條件下得出的。 當實際使用條件下上述條件不相符時，應進行修正。（1）密度和粘度的修正（ 6-1-5 ）式中 Rm實際的單位長度摩擦阻力，Pa/m；Rm圖上查出的單位長度摩擦阻力

4、，Pa/m；p實際的空氣密度，kg/m3;v實際的空氣運動粘度，m2/s。（2）空氣溫度和大氣壓力的修正（ 6-1-6 ）式中 Kt 溫度修正系數(shù)。KB大氣壓力修正系數(shù)。（6-1-7 ）式中 t實際的空氣溫度，°C。式中B 實際的大氣壓力， kPa。6-1-8 )K 見表 6-1-1 。6-1-10 )（3）管壁粗糙度的修正 在通風空調(diào)工程中，常采用不同材料制作風管，各種材料的粗糙度 當風管管壁的粗糙度 K工時，可按下式修正。Rm=KrRmoPa/m（ 6-1-9 ）Kr=（Kv）式中 Kr 管壁粗糙度修正系數(shù)；K管壁粗糙度，mmv管內(nèi)空氣流速， m/s。表 6-1-1 各種材料的粗

5、糙度 K風管材料粗糙度（ mm）薄鋼板或鍍鋅薄鋼板塑料板礦渣石膏板礦渣混凝土板膠合板磚砌體混凝土13木板2矩形風管的摩擦阻力計算 上述計算是按圓形風管得出的，要進行矩形風管計算，需先把矩形風管斷面尺寸折 算成相當?shù)膱A形風管直徑， 即折算成當量直徑。再由此求得矩形風管的單位長度摩擦阻 力。所謂“當量直徑”，就是與矩形風管有相同單位長度摩擦阻力的圓形風管直徑，它 有流速當量直徑和流量當量直徑兩種。（ 1 ）流速當量直徑 假設某一圓形風管中的空氣流速與矩形風管中的空氣流速相等， 并且兩者的單位長 度摩擦阻力也相等， 則該圓風管的直徑就稱為此矩形風管的流速當量直徑， 以 Dv 表示 根據(jù)這一定義，從公

6、式（ 6-1-1 ）可以看出，圓形風管和矩形風管的水力半徑必須相等。圓形風管的水力半徑矩形風管的水力半徑令則（ 6-1-11 ）Dv稱為邊長為axb的矩形風管的流速當量直徑。（2）流量當量直徑并且單位長度摩擦阻力設某一圓形風管中的空氣流量與矩形風管的空氣流量相等，也相等，則該圓形風管的直徑就稱為此矩形風管的流量當量直徑，以DL表示。根據(jù)推導，流量當量直徑可近似按下式計算。( 6-1-12 )必須指出，利用當量直徑求矩形風管的阻力，要注意其對應關系：采用流速當量直 徑時，必須用矩形風管中的空氣流速去查出阻力；采用流量當量直徑時，必須用矩形風 管中的空氣流量去查出阻力。用兩種方法求得的矩形風管單位

7、長度摩擦阻力是相等的。3摩擦阻力的轉(zhuǎn)換計算式在實際設計計算中 , 一般將上述摩擦阻力計算式作一定的變換 , 使其變?yōu)楦庇^的表達式 . 目前有如下兩種變換方式 :(1) 比摩阻法令稱Rm為比摩阻，Pa/m，其意義是單位長度管道的摩擦阻力。這樣摩擦阻力計算式則變換成下列表達式：( 6-1-13 )為了便于工程設計計算，人們對Rm勺確定已作出了線解圖，設計時只需根據(jù)管 內(nèi)風量、管徑和管壁粗糙度由線解圖上即可查出Rm值，這樣就很容易由上式算出摩擦阻力。(2) 綜合摩擦阻力系數(shù)法管內(nèi)風速，L為管內(nèi)風量，f為管道斷面積。將代入摩擦阻力計算式：后,令則摩擦阻力計算式變換為下列表達式：6-1-14 )稱Km

8、為綜合摩擦阻力系數(shù),N S2/m8采用 計算式更便于管道系統(tǒng)的分析及風機的選擇，因此，在管網(wǎng)系統(tǒng)運行分析 與調(diào)節(jié)計算時，多采用該計算式。（二）局部阻力的計算 當空氣流過斷面變化的管件（如各種變徑管、風管進出口、閥門）、流向 變化的 管件（彎頭）和流量變化的管件（如三通、四通、風管的側(cè)面送、排風口）都會產(chǎn)生局 部阻力。局部阻力按下式計算（ 6-1-15 ）式中 局部阻力系數(shù)。局部阻力系數(shù)一般用實驗方法確定。實驗時先測出管件前后的全壓差（即局部阻力Z）,再除以與速度v相應的動壓，求得局部阻力系數(shù)值。有的還整理成經(jīng)驗公式。計 算局部阻力時，必須注意值所對應的氣流速度。由于通風、空調(diào)系統(tǒng)中空氣的流動都

9、處于自模區(qū)，局部阻力系數(shù)只取決于管件的形狀， 一般不考慮相對粗糙度和雷諾數(shù)的影響。局部阻力在通風、空調(diào)系統(tǒng)中占有較大比例，在設計時應加以注意，為了減小局部 阻力，通常采取以下措施：（1）避免風管斷面的突然變化。（2）減少風管的轉(zhuǎn)彎數(shù)量 , 盡可能增大轉(zhuǎn)彎半徑。圖 6-1-2 管道彎頭如圖 6-1-2 。布置管道時，應盡量以直線，減少彎頭。圓形風管彎頭的曲率半徑一 般大于（12 ）倍管徑；矩形風管彎頭斷面的長度比（ B/A）愈大，阻力愈小。在民用 建筑中，常采用矩形直角彎頭，應在其中設導流片。3)三通匯流要防止出現(xiàn)引射現(xiàn)象 , 盡可能做到各分支管內(nèi)流速相等 . 分支管道中心線夾角要盡可能小 ,

10、一般要求不大于 30°。如圖 6-1-3 。三通內(nèi)流速不同的兩股氣流匯合時的碰撞，以及氣流速度改變時形成 渦流是造成局部阻力的原因。 兩股氣流在匯合過程中的能量損失一般是不相同的， 它們 的局部阻力應分別計算。合流三通內(nèi)直管的氣流速度大于支管的氣流速度時， 會發(fā)生直管氣流引射支管氣流 的作用，即流速大的直管氣流失去能量，流速小的支管氣流得到能量，因而支管的局部 阻力有時出現(xiàn)負值。同理，直管的局部阻力有時也會出現(xiàn)負值。但是，不可能同時為負 值。必須指出，引射過程會有能量損失，為了減小三通的局部阻力，應避免出現(xiàn)引射現(xiàn) 象。為減小三通的局部阻力，還應注意支管和干管的連接，減小其夾角。同時還應盡量 使支管和干管內(nèi)的流速保持相等。圖 6-1-3 三通(4) 降低排風口的