管道阻力損失計算(終審稿)

1、公司內(nèi)部檔案編碼：OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08管道的阻力計算風(fēng)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(fēng)管中的管件及設(shè)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。直管以摩擦阻力為主，彎頭處背部陰力大圖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(xué)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:際Pa4 旦 2(6-1-1)對于圓形風(fēng)管

2、，摩擦阻力計算公式可改為:Pa(6-1-2)圓形風(fēng)管單位長度的摩擦阻力（乂稱比摩阻）為:Palm(6-1-3)以上各式中入一一摩擦阻力系數(shù)；V一一風(fēng)秘內(nèi)空氣的平均流速，m/s；P一一空氣的密度，kg/m3；1一一風(fēng)管長度，m；Rs一一風(fēng)管的水力半徑，m：J Pf一一管道中充滿流體部分的橫斷面積，m2：P一一濕周，在通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中即為風(fēng)管的周長，m；D一一圓形風(fēng)管直徑，mo摩擦阻力系數(shù)X與空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動狀態(tài)和風(fēng)管管壁的粗糙度有 關(guān)。在通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)中，薄鋼板風(fēng)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(fēng)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

3、土風(fēng)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一一風(fēng)管內(nèi)壁粗糙度，mm：D風(fēng)管直徑，mmo進行通風(fēng)管道的設(shè)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X值，在壓力 B0二、溫度tO=20、寬氣密度P0=m3、運動粘度vO=X 10 - 6m2/s、管壁 粗糙度k、圓形風(fēng)管等條件下得出的。當(dāng)實際使用條件下上述條件不相 符時，

4、應(yīng)進行修正。（1）密度和粘度的修正式中Rm一一實際的單位長度摩擦阻力，Pa/m；Rmo一一圖上查出的單位長度摩擦阻力，Pa/m；P實際的空氣密度，kg/m3；v實際的空氣運動粘度，m2/so（2）空氣溫度和大氣壓力的修正Palm （66）式中Kt一一溫度修正系數(shù)。KB一一大氣壓力修正系數(shù)。K =p73 + 20 V825? 273+£（6-1-7）式中t一一實際的空氣溫度，o埠=例1。13產(chǎn) . + 8）式中B一實際的大氣壓力，kPao(3)管壁粗糙度的修正在通風(fēng)空調(diào)工程中，常采用不同材料制作風(fēng)管，各種材料的粗糙度K 見表6-l-lo當(dāng)風(fēng)管管壁的粗糙度KW時，可按下式修正。Rm=Kr

5、Rmo Pa/m (61-9)Kr= (Kv) (6-1-10)式中Kr一一管壁粗糙度修正系數(shù)；K一一管壁粗糙度，mm；v管內(nèi)空氣流速，m/so表6-1-1各種材料的粗糙度K風(fēng)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36混凝土13木板2 .矩形風(fēng)管的摩擦阻力計算上述計算是按圓形風(fēng)管得出的，要進行矩形風(fēng)管計算，需先把矩形風(fēng) 管斷面尺寸折算成相當(dāng)?shù)膱A形風(fēng)管宜徑，即折算成當(dāng)量直徑。再由此求 得矩形風(fēng)管的單位長度摩擦阻力。所謂“當(dāng)量直徑”，就是與矩形風(fēng)管有相同單位長度摩擦阻力的圓形 風(fēng)管直徑，它有流速當(dāng)量直徑和流量當(dāng)量直徑兩種。(1)流速當(dāng)量直徑假設(shè)某一圓形風(fēng)管

6、中的空氣流速與矩形風(fēng)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(fēng)管的直徑就稱為此矩形風(fēng)管 的流速當(dāng)量直徑，以Dv表示。根據(jù)這一定義，從公式可以看 出，圓形風(fēng)管和矩形風(fēng)管的水力半徑必須相等。圓形風(fēng)管的水力半徑矩形風(fēng)管的水力半徑二一 處'2(a+b)"普乜（時】）Dv稱為邊長為aXb的矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑。（2）流量當(dāng)量直徑設(shè)某一圓形風(fēng)管中的空氣流量與矩形風(fēng)管的空氣流量相等，并且單位 長度摩擦阻力也相等，則該圓形風(fēng)管的直徑就稱為此矩形風(fēng)管的流量當(dāng) 量直徑，以DL表示。根據(jù)推導(dǎo)，流量當(dāng)量直徑可近似按下式計算。0.025加ci)必須指出，利用當(dāng)量直徑求矩形風(fēng)管的

7、阻力，要注意其對應(yīng)關(guān)系：采 用流速當(dāng)量直徑時，必須用矩形風(fēng)管中的空氣流速去查出阻力；采用流 量當(dāng)量直徑時，必須用矩形風(fēng)管中的空氣流量去查出阻力。用兩種方法 求得的矩形風(fēng)管單位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(shè)計計算中,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Palm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：*=凡，（6-1-13）為了便于工程設(shè)計計算，人們對Rm的確定已作出了線解圖，設(shè)計時只 需根據(jù)管內(nèi)風(fēng)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

8、易由上式算出摩擦阻力。（2）綜合摩擦阻力系數(shù)法LV =管內(nèi)風(fēng)速 /，L為管內(nèi)風(fēng)量，f為管道斷面積。將V代入摩擦阻力計 算式：也 pa 后，令2甲則摩擦阻力計算式變換為下列表達式：Qi*）稱Km為綜合摩擦阻力系數(shù)，N - S2/m8o采用 隹=除尸計第式更便于管道系統(tǒng)的分析及風(fēng)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(dāng)空氣流過斷面變化的管件（如各種變徑管、風(fēng)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(fēng)管的側(cè) 面送、排風(fēng)口）都會產(chǎn)生局部阻力。局部阻力按下式計算% =% Pa2（6-1-15）式中孑一局部阻力系數(shù)。局部阻力

9、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(yīng)的動壓了，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(yīng)的 氣流速度。由于通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中空氣的流動都處于自模區(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(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中占有較大比例，在設(shè)計時應(yīng)加以注意，為了減小局部阻力，通常采取以下措施：（1）避免風(fēng)管斷面的突然變化。（2）減少風(fēng)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(yīng)盡量以直線，減少彎頭。圓形風(fēng)管彎頭 的曲率半徑一般大于（12）倍管徑；矩形

10、風(fēng)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(yīng)在其 中設(shè)導(dǎo)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，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(yīng)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，即流速大的宜管氣流失去能量，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(yīng)避免出現(xiàn)引射現(xiàn)象。為減小三通的局部阻力，還應(yīng)注意支管和干管的連接，減小其夾角