(完整版)管道阻力的基本計(jì)算方法.doc

1、管道阻力計(jì)算空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動(dòng)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(shí)位口三通、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(dòng)時(shí)，單位長(zhǎng)度管道的摩擦阻力按下式計(jì)算:V2式中Rm一一單位長(zhǎng)度摩擦阻力，u 一風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速,4RS 2Pa / m ；， m / s；(5 3)P空氣的密度，kg入一一摩擦阻力系數(shù)； Rs風(fēng)管的水力半徑， 對(duì)圓形風(fēng)管：m3Rs(5 4)式中D風(fēng)管直徑, 對(duì)矩形風(fēng)管Rsab式中a, b矩形風(fēng)管的邊長(zhǎng),2 (

2、a b)m o(55)因此，圓形風(fēng)管的單位長(zhǎng)度摩擦阻力v2(56)計(jì)算摩擦阻力系摩擦阻力系數(shù)人與空氣在風(fēng)管內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)和風(fēng)管內(nèi)壁的粗糙度有關(guān)。數(shù)的公式很多， 美國(guó)、日本、德國(guó)的一些暖通手冊(cè)和我國(guó)通用通風(fēng)管道計(jì)算表中所采用的公 式如下：+2 lg(2.廿)73.7D RM (57)式中 K 風(fēng)管內(nèi)壁粗糙度，mm ；R e雷諾數(shù)。(58) 式中 v風(fēng)管內(nèi)空氣流速，m / s；d一一風(fēng)管內(nèi)徑，m； v運(yùn)動(dòng)黏度，m 2 / So在實(shí)際應(yīng)用中，為了避免煩瑣的計(jì)算，可制成各種形式的計(jì)算表或線解圖。圖52是計(jì)算圓形鋼板風(fēng)管的線解圖。它是在氣體壓力B=101. 3kPa、溫度傷20 、管壁粗糙度 K=0. 1

3、5mm等條件下得出的。經(jīng)核算，按此圖查得的Rm值與全國(guó)通用通風(fēng)管道計(jì)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(jì)的需要。只要已知風(fēng)量、 管徑、流速、單位摩擦阻力 4個(gè)參數(shù)中的任意兩個(gè)，即可利用該圖求得其余兩個(gè)參數(shù)，計(jì)算 很方便。£>£三«2 乂I。1X1044002001X1。80060010X101*xiq 8X1044X10. 3X10*6X1034乂1(P 3刈(P2x|050 2 0.4 0.6 0 8 124 6 8 1020 3040 5060®0圖5-2圓形鋼板風(fēng)管計(jì)算線解圖匕列有一個(gè)10m長(zhǎng)薄鋼板風(fēng)管，已知風(fēng)量L

4、 = 2400m 3 / h,流速v = 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 = 2400m 3/h,從這點(diǎn)向右做垂線，與流 速u = 16m / s的斜線相交于一點(diǎn)，在通過該點(diǎn)表示風(fēng)管直徑的斜線上讀得d = 230m m。再過該點(diǎn)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(diǎn)上直接讀得Rm = 13. 5Pa / m o該段風(fēng)管摩擦阻力為:R= Rml= 13. 5X 10Pa= 135Pa無論是按照全國(guó)通用通風(fēng)管道計(jì)算表，還是按圖52計(jì)算風(fēng)管時(shí)，如被輸送空氣的溫 度不等于20,而且相差較大時(shí)

5、，則應(yīng)對(duì)R。值進(jìn)行修正，修正公式如下：(59)式中Rm 一一在不同溫度下，實(shí)際的單位長(zhǎng)度摩擦阻力，Pa；Rm按20c的計(jì)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5-3所示。圖5-3 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. 15m m。當(dāng)實(shí)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(shí)，由計(jì)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)對(duì)于一般的通風(fēng)除塵管道，粉塵對(duì)摩擦阻力的影響很小，例如含塵濃度為 所增大的摩擦阻力不超過2%,因此一般情況下可忽略不計(jì)。50g

6、/ m 3 時(shí),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(shí)，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：流量不改變時(shí)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(shí)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(jì)算：2 Z 2(5 10)式中 Z 局部阻力，Pa； &一一局部阻力系數(shù)，見表 54； u空氣流速， m / s；。一空氣密度，kg / m3o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(shí)驗(yàn)確定的?？梢詮挠嘘P(guān)采暖通風(fēng)手

7、冊(cè)中查得。表54列出了部分管道部件的局部阻力系數(shù)值。在計(jì)算通風(fēng)管道時(shí)，局部阻力的計(jì)算是非常重要的一部分。因?yàn)樵诖蠖鄶?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(shí)，如何采取措施減少局 部阻力是必須重視的問題。表5-4常見管件局部阻力系數(shù)«/<*>102。304090 I 1201500.140,970.04O.Q50.1】d 200. 30矩形0.250.130.100.120.190.170.37局部阻力系敷口，值以圈內(nèi)所示速度中H算）當(dāng) Y45'時(shí) r=0.18F.101520,85301.250.020.03a 050

8、. o&G. 071.500.030. 040.100. 120. 131.750fcQ5O.g«.140. 170. 1912T 000.060.130.200. 2i0. 26Z. 250.Q80. Ifl0.260.2SQ. 331500,09 0.190.300. 360. 39圖形廊I斷面XD1.5D2D器5DW6D3QD7.50.0280. 021a 01£0.016也D140.010.008150,058軌M40- 0370.0330.029。,0210.016??；.300. 110. 081 ；0>%90, 0610.0540. 0380.03

9、0i池太6QQ. 180. 140.120.0916 0440.0SL式中：足臺(tái)900.230.180.150. 13612。. 0830.06612Q0/70*20心甘(M5(M30.100.0f61505 300.2>!。9CU7OU50.110.0841800.330.250. 210. 1g0.160.120.092局都阻力臬敗Kt值以83內(nèi)所示速度v外算）圖摩和畸面k 1=<r-30*局那阻力系數(shù)久值以期內(nèi)所示速度以,”)L '' /qc以版內(nèi)所示速度與計(jì)算,he以圈內(nèi)所求速度”計(jì)算)名稱圖形和融通E+F. -瑪曷部都力摹敷久;值以甌內(nèi)所示的癌殿，叫計(jì)算羯

10、1工Li/UA（以身內(nèi)所示速度，4計(jì)算）00.030.050.10.20. S0.40.5o.c0.70.81.00. 06一1"2一 0. 70一 8 24地由43.842.4«O0.10一 L 22-LM-0. 730. OS3.007.«413.922.031.9»a 2。7.5Q7.4c一 L2；-0. 85S】2L423.004.867aOJ9. 501Z41 0.33一 2.伏-L 821. 69-L 38d Wpoao0.70L 4g著243. ia3.95£760. 50T0CT.&J一 2. 6。Y必-1.5。-0.8

11、5一0. 24-0.加0. 791. Z61.60Z. IB1 .匚一.口（以圖內(nèi)所示速度叫計(jì)算0.06G.OO *0,050. 05-0. 05-0. 59pL65-3. 21f T 10.100. 0So.ia0.120.11-0.15-041-LS5Tfr73-MM*0.200.200.250. 300. 300. 26G.04-0.33-0.M-1.51-2. W一工42一0.330.37% 420. 480, 480,500. 400,20-0.12-6 5。-LOI-L6C-3. 100, 50 iUL301.301.271,471/20I. 100,90+ 0. SI4-0.22

12、-0. 24一0.6日-L 52周都I&力系敷口：值以圖內(nèi)所示速度也計(jì)售）1020304050607089900.3L02.5T2050100150080000.4L02. 5483050*350COOO0.2Q.72.05102040)6060000.25仇82,04S1590186800.»0.«1.83.57132t8G40000.20.30. 4Q. 60.60. 70.80.91.0361Q4,62*060. $80.440. ?。,。60. Q544.517.88.124.022.080.956”0. 290朱®風(fēng)帽直管< $形»

13、;獷散式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動(dòng)情況。 流速不同的1、2兩股氣流在匯合時(shí)發(fā)生碰撞, 以及氣流速度改變時(shí)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 腳流速比）有關(guān)。圖54合流三通中氣流流動(dòng)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° o只有在安裝條件限制或?yàn)榱似胶庾枇Φ那闆r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

14、U3=u 1二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：f =3+/。2 . 彎頭當(dāng)氣流流過彎頭時(shí)（見圖55）,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)H。兩個(gè)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55 彎頭中氣流流動(dòng)狀況實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)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°的形直角彎頭。3 ,漸縮或漸擴(kuò)管漸縮或

15、漸擴(kuò)管的局部阻力是由于氣流流經(jīng)管件時(shí)，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56是漸擴(kuò)管中氣流的流動(dòng)狀況，圖5-6漸擴(kuò)管中氣流流動(dòng)狀況實(shí)驗(yàn)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° o三、系統(tǒng)阻力整個(gè)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(dòng)壓損失4部分。四、通風(fēng)管道的壓力分布圖57所示為一簡(jiǎn)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 A和出口 C處局部阻力很小，可以忽略不計(jì)

16、，系統(tǒng)僅有摩擦阻力。ABf B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。(1)定出風(fēng)管中各點(diǎn)的壓力。風(fēng)機(jī)開動(dòng)后，空氣由靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因?yàn)轱L(fēng)管斷 面不變，所以各點(diǎn)斷面)的空氣流速相等，即動(dòng)壓相等。各點(diǎn)的動(dòng)壓分布分別為：慮A全壓盯5 =大氣壓力=。動(dòng)壓口片與靜壓出 n _ HdA工一登隱B全壓 空氣從點(diǎn)A流至點(diǎn)月時(shí)要克服風(fēng)管的摩擦阻力，所以點(diǎn)B的全壓卸風(fēng)機(jī)吸入口的全壓)為：H謂二一& 4 = - R J式中 Rm 一一風(fēng)管單位長(zhǎng)度摩擦阻力，Pa/ m；11從點(diǎn)A至點(diǎn)B的風(fēng)管長(zhǎng)度，m o動(dòng)壓"如"隼" =靜壓= 一R"一若=一氏於，+ HjA從上式可得由式（5 11）可以看出，當(dāng)風(fēng)管內(nèi)空氣流速不變時(shí)，風(fēng)管的阻力是由降低空氣的靜壓 來克服的。慮C動(dòng)壓H故=咚當(dāng)空氣排入大氣時(shí)，這一能量便全部消失在大氣中，稱為風(fēng)管出口動(dòng)壓損失。岸壓口£=大氣壓力=0全壓H/NH+Hdc 士 Hac,隱B'空氣由點(diǎn)B '流至點(diǎn)C需要克服摩擦阻力 Rm 12,所以:動(dòng)壓= H<+R球 h Hoc + Rm 4乙降壓H國(guó)=H出一口期=HmfRniz H叼=R"?C）把以上各點(diǎn)的數(shù)值在圖上標(biāo)出，并連成直線，即可繪出壓力