第六章 通風(fēng)管道的設(shè)計(jì)計(jì)算

1、1同濟(jì)大學(xué)同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院暖通空調(diào)及燃?xì)庋芯克照{(diào)及燃?xì)庋芯克?013年年第六章第六章通風(fēng)管道的設(shè)計(jì)計(jì)算通風(fēng)管道的設(shè)計(jì)計(jì)算2風(fēng)管內(nèi)空氣流動的阻力風(fēng)管內(nèi)的壓力分布通風(fēng)管道的水力計(jì)算通風(fēng)管道設(shè)計(jì)中的有關(guān)問題3空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本技能之一本章所說的“通風(fēng)”管道是廣義的要應(yīng)用有關(guān)的流體力學(xué)原理設(shè)計(jì)計(jì)算的目的：確定管道的尺寸為選擇空氣動力設(shè)備通風(fēng)機(jī)提供依據(jù)在保證使用要求的前提下力求經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟： 在計(jì)算所需風(fēng)量和選定處理設(shè)備的基礎(chǔ)上，確定設(shè)備位置和管道走向；計(jì)算最不利環(huán)路流動阻力；平衡并聯(lián)環(huán)路阻力45摩擦阻力/沿程阻力空氣粘滯性空氣與管壁的摩擦局部阻力空氣流速及方向發(fā)生變化產(chǎn)生

2、渦流均表現(xiàn)為壓力的降低6在斷面形狀不變的直管段中，由于流體內(nèi)部及流體與管壁的摩擦所造成的能量損失71）圓形管道計(jì)算方法)26(22PalvDPm)36(/22mPavDRmRm 比摩阻PalRPmm關(guān)鍵在于確定比摩阻-摩擦阻力系數(shù)與管內(nèi)流動狀態(tài)、管壁粗糙度有關(guān)8確定比摩阻的方法：a）線算圖（P243） 圖的多種用法：由L、D求Rm由L、Rm求D由L、v求D、RmDLLvRm9b）計(jì)算表格10c）圖表的修正密度和粘度的修正1 . 0091. 00)/()/(momRR Rm-實(shí)際的單位長度摩擦阻力，Pa/mRmo-圖上查出的單位長度摩擦阻力，Pa/m-實(shí)際的空氣密度，kg/m3-實(shí)際的運(yùn)動粘度系

3、數(shù)，m2/s溫度和大氣壓力的修正moBtmRKKR Kt-溫度修正系數(shù)KB-大氣壓力修正系數(shù)T-實(shí)際的空氣溫度，B-實(shí)際的大氣壓力，kPa825. 027320273tKt9 . 0)3 .101/(BKB11c）圖表的修正管壁粗糙度的修正mormRKR 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粗糙度km0.15mm25. 0)(KvKr122）矩形管道計(jì)算方法 以當(dāng)量直徑來查用圖表a）流速當(dāng)量直徑 定義：與矩形風(fēng)管的流速及比摩阻相同的圓形風(fēng)管的直徑ABvAvBvA = vB RmA=RmBDB為A的流速當(dāng)量直徑，記作DvbaabDv2 計(jì)算式：13b）流量當(dāng)量直徑

4、 定義：與矩形風(fēng)管的流量及比摩阻相同的圓形風(fēng)管的直徑 計(jì)算式：)126(3 . 125. 0625. 0baabDL注意：查用表圖時(shí)必須對應(yīng)使用流量和流量當(dāng)量直徑或流速和流速當(dāng)量直徑14表面光滑的風(fēng)管（K=0.15mm），斷面尺寸500*400mm，流量=1m3/s，求比摩阻smv/54 . 05 . 01mmbaabDv44440050040050022查圖得Rm=0.61Pa/m15表面光滑的風(fēng)管（K=0.15mm），斷面尺寸500*400mm，流量=1m3/s，求比摩阻smL/13mmbaabDL487)()(3 . 125. 0625. 0查圖得Rm=0.61Pa/m16176.1.2

5、局部阻力 在流量、流向及管道斷面形狀發(fā)生變化的局部由于渦流造成的能量損失1）計(jì)算方法：局部阻力系數(shù)法)136(22vZ阻力系數(shù)由實(shí)驗(yàn)確定，制成圖表供查用18局部阻力系數(shù)舉例渦流造成的能量損失192）減小局部阻力的措施 在常用的通風(fēng)系統(tǒng)總流動阻力中，局部阻力占主要比例 1.彎頭圓形風(fēng)管彎頭曲率半徑一般應(yīng)大于12倍管徑矩形風(fēng)管彎頭斷面長寬比B/A越大，阻力越小矩形直角彎頭內(nèi)設(shè)導(dǎo)流片202.三通減小干管和支管間夾角保持干管和支管流速相當(dāng)3.排風(fēng)立管出口降低排風(fēng)立管的出口流速減小出口的動壓損失管邊尖銳的傘形風(fēng)帽帶擴(kuò)散管的傘形風(fēng)帽 =1.15 =0.621合流三通支管局部阻力系數(shù)直管局部阻力系數(shù)L2=支

6、管流量L3=總管流量保持干管與支管流速相當(dāng)直管氣流引射支管氣流合流三通，L1=1.17m3/s(4200m3/h)，L2=0.78m3/s(2800m3/h)，L3=1.94m3/s(7000m3/h)，D1=500mm，D2=250mm，D3=560mm，v1=5.96m/s，V2=15.9m/s，V3=7.9m/s，=30，求三通的局部阻力22234.管道和風(fēng)機(jī)的連接避免在接管處產(chǎn)生局部渦流245.避免突擴(kuò)、突縮，用漸擴(kuò)、漸縮=8o10o, 最大45o6.減少進(jìn)出口的局部損失 2526 用圖形表達(dá)系統(tǒng)壓力分布情況，有利于設(shè)計(jì)、運(yùn)行調(diào)節(jié)、問題診斷等壓力分布圖的繪制方法（歸納）1）確定壓力基準(zhǔn)

7、線 通常為水平線，并以大氣壓為參照對象2）確定系統(tǒng)分隔斷面并編號 通常以流速、流向及流量變化的斷面為分隔斷面3）先繪制全壓線 從已知壓力點(diǎn)開始4）再繪制靜壓線 從全壓線向下減去動壓值271、Pq=Pd+Pj2、未開風(fēng)機(jī)時(shí)，Pj=Pq=大氣壓大氣壓=03、風(fēng)機(jī)開動后，Pq2= Pq1-(Rml+Z)1-2。4、Pm=Rml直線分布；Z集中分布 28入口斷面入口斷面1：Pq0=0Pq1=Pq0-Z1Pd1-2=(V1-22*)/2Pj1=Pq1-Pd1-2斷面斷面2前：前：Pq2=Pq1-Rm1-2l1-2Pd1-2=(V1-22*)/2Pj2=Pq2-Pd1-2斷面斷面2后：后：Pq2=Pq1-

8、Rm1-2l1-2-Z2Pd2-3=(V2-32*)/2Pj2=Pq2-Pd2-3由于由于V2-3 Pj229斷面斷面4：Pq4=Pq3-Z3-4Z3-4-漸縮管的局部阻力漸縮管的局部阻力風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)5前：前：Pq5=Pq4-Rm4-5l4-5-Z5Z5-風(fēng)機(jī)進(jìn)口處局部阻力風(fēng)機(jī)進(jìn)口處局部阻力斷面斷面3：Pq3=Pq2-Rm2-3l2-330斷面斷面11前：前：斷面斷面11后：后：Pq11=Pd11 +Pj11Pj11=0Pq11=Pd11 = Pd11Pq11=Pq11+Z11Pq11=Pd11+Z11Z11-出口局部阻力出口局部阻力31斷面斷面10：斷面斷面9：Pq9=Pq10+Z9-10v增大

9、，增大，Pd9增大增大Pj9可能可能Pq，Pj03940目的確定各管段的管徑和阻力保證風(fēng)量分配確定風(fēng)機(jī)的型號416.3.1水力計(jì)算的方法1）假定流速法 先按技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求確定流速，在根據(jù)風(fēng)量確定管道尺寸和阻力2）壓損平均法 根據(jù)平均分配到每一管段上的允許（或希望）壓損來設(shè)計(jì)管道尺寸3）靜壓復(fù)得法 以管段起點(diǎn)因分流所產(chǎn)生的復(fù)得靜壓克服該管段流動阻力的原則來設(shè)計(jì)風(fēng)管尺寸424300v0PqPjPdv0OR44目的：把等量的空氣沿風(fēng)管均勻送出v0=*vjvdP=0PqPjvj= (2Pj/)0.5v0= *vj =* (2Pj/)0.5靜壓流速側(cè)孔出流速度=0.60.65孔口流量系數(shù)vj / vd1.

10、73均勻送風(fēng)條件Pj不變45PqPjop靜壓法復(fù)得法的設(shè)計(jì)的壓力圖假設(shè)孔口流量系數(shù)，摩擦阻力系數(shù)為常數(shù)PjPjPjPd1,D1,Pq1已知總風(fēng)量和各孔口出風(fēng)量已知總風(fēng)量和各孔口出風(fēng)量計(jì)算孔口出流速度計(jì)算孔口出流速度v0計(jì)算側(cè)孔靜壓計(jì)算側(cè)孔靜壓Pj設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)D1，保證，保證vj/vd1.73計(jì)算計(jì)算Pd1，Pq1v046PqPjop靜壓法復(fù)得法的設(shè)計(jì)的壓力圖假設(shè)孔口流量系數(shù)，摩擦阻力系數(shù)為常數(shù)PjPjPjp1-2=Rm1l1+Z1Pd2,vd2,D2Pq2計(jì)算管段計(jì)算管段1-2的阻力的阻力p1-2計(jì)算斷面計(jì)算斷面2全壓全壓Pq2計(jì)算斷面計(jì)算斷面2動壓動壓Pd2計(jì)算計(jì)算vd2，D21247(1) 多

11、分支風(fēng)道：靜壓復(fù)得法特別適合于多條主風(fēng)道，而每條主風(fēng)道又有很多分支道，出風(fēng)口或末端裝置均有相同的靜壓，對出風(fēng)口或末端裝置的選型和系統(tǒng)的平衡工作大為簡化。(2)高速風(fēng)道：為了使系統(tǒng)盡量經(jīng)濟(jì)，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓盡可能選得合理，使它沒有過剩的靜壓或基本接近所需的靜壓。圓形送風(fēng)管道，8個(gè)等面積側(cè)孔等風(fēng)量送風(fēng)，v0=4.5m/s，總風(fēng)量8000m3/h，孔間距為1.5m，確定孔口面積、各斷面直徑及總阻力。48v01.5m孔口面積靜壓流速靜壓49原理：假定（選定）各管段的合理流速，根據(jù)流量確定管道尺寸pPqPjo假定流速法的設(shè)計(jì)的壓力圖506.3.2假定流速法設(shè)計(jì)步驟：1）繪制系統(tǒng)草圖（軸測圖），劃分管段，對管段

12、編號、標(biāo)注管段長度和相應(yīng)流量，確定最不利環(huán)路 劃分管段的原則：流量與斷面尺寸不變的為同一管段 管段長度以中心線為界，不必扣除局部構(gòu)件的長度 最不利環(huán)路：流動阻力最大的環(huán)路5112345678空調(diào)箱風(fēng)機(jī)房間房間房間522）選定管段內(nèi)空氣流速 考慮因素：（1）流動阻力運(yùn)行費(fèi)用（2）消耗材料系統(tǒng)投資（3）噪聲控制室內(nèi)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)（4）最小流速防止顆粒物沉積(除塵系統(tǒng)) 一般通風(fēng)系統(tǒng)中常用空氣流速（m/s）53空調(diào)系統(tǒng)低速風(fēng)管中常用空氣流速（m/s）54除塵風(fēng)管的最小空氣流速（m/s）553）確定各管段斷面尺寸，計(jì)算管段流動阻力（1）F = L / v F = a X b F = d2 / 4 管道斷面尺

13、寸規(guī)格化： P250附錄11（2）計(jì)算管內(nèi)實(shí)際流速（3）計(jì)算管段的摩擦阻力和局部阻力 要加入該管段的其他已知阻力，例如除塵器、空調(diào)箱等設(shè)備阻力564）并聯(lián)管路阻力平衡（1）阻力平衡的概念：若并聯(lián)管路阻力不平衡，則在運(yùn)行中會自平衡，但輸送的流量已偏離設(shè)計(jì)要求12345677321632152141PPPP（2）允許的不平衡率：10 15 %15107321417321PPP57（3）阻力平衡的方法 a）調(diào)整管徑采用估算方法)166(225. 0PPDDb）增大風(fēng)量根據(jù)管路阻力特性)176(5 . 0PPLL c）閥門調(diào)節(jié) 對于多支管空調(diào)系統(tǒng)需進(jìn)行實(shí)際調(diào)試，達(dá)到預(yù)期流量分配 阻力平衡宜沿最不利環(huán)路

14、逐段進(jìn)行D-調(diào)整后管徑D-原設(shè)計(jì)管徑P-原設(shè)計(jì)支管阻力P-要求達(dá)到的支管阻力585）計(jì)算最不利環(huán)路總阻力將最不利環(huán)路上的各串聯(lián)管段阻力相加6）選擇風(fēng)機(jī)（1）確定風(fēng)機(jī)類別 根據(jù)被輸送氣體性質(zhì)、系統(tǒng)總阻力、總風(fēng)量（2）計(jì)算風(fēng)機(jī)應(yīng)有的風(fēng)量、風(fēng)壓 考慮安全系數(shù))196()186(LKLPKPLfpfKp-風(fēng)壓附加系數(shù)，一般系統(tǒng)1.11.15，除塵系統(tǒng)1.151.2KL-風(fēng)量附加系數(shù)，一般系統(tǒng)1.1，除塵系統(tǒng)1.11.15（3）空氣狀態(tài)變化時(shí)21 /.P，PLLffff59例6-4（P161）最不利環(huán)路確定為：管段1+3+5+6+7總風(fēng)量=1500+4000+800=6300m3/h管段劃分、編號、標(biāo)注

15、長度、風(fēng)量見圖有關(guān)條件：有關(guān)條件：除塵系統(tǒng)輕礦物粉塵常溫氣體圓形鋼板風(fēng)管袋式除塵器阻力1200Pa要求：要求：選擇風(fēng)機(jī)60風(fēng)管內(nèi)最小風(fēng)速為，垂直風(fēng)管12m/s，水平14m/s考慮漏風(fēng)，管道6，7計(jì)算風(fēng)量=6300*1.05=6615管段1，L1=1500m3/h，v1=14m/s，查圖得管徑和比摩阻，D1=200mm，Rm1=12.5Pa/m確定管段3、5、6、7的管徑和比摩阻確定2、4的管徑和比摩阻三通阻力，見實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊（上，P1107）611-3-5-6-7支路總阻力=714Pa選擇風(fēng)機(jī)參數(shù)Pf = 1.15 x (1200+714)=2200 PaLf = 1.15 x 1.8

16、4 = 2.116 m3/s = 7618 m3/h6263 與工程實(shí)際密切相關(guān)的問題，本節(jié)介紹的一些原則，在工程中必須結(jié)合具體情況應(yīng)用并不斷總結(jié)參照標(biāo)準(zhǔn)及資料：通風(fēng)與空調(diào)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范 GB50234-2002 2002年4月1日實(shí)施設(shè)計(jì)手冊64 系統(tǒng)通過風(fēng)管聯(lián)系并采用同一空氣處理設(shè)備和風(fēng)機(jī)的整體1）對空氣處理的要求相同（或相近） 送風(fēng)：溫濕度、潔凈度 排風(fēng)：排氣性質(zhì)、凈化要求2）運(yùn)行時(shí)間相同3）系統(tǒng)規(guī)模適度 便于運(yùn)行管理、經(jīng)濟(jì)性4）注意不能合并的系統(tǒng) 可能造成交叉污染、引發(fā)事故651）首先要考慮與建筑、結(jié)構(gòu)及其他設(shè)備工種（水、電等）的配合2）減少對工藝操作的影響3）管路走向設(shè)計(jì)合理、

17、力求簡短平直、減少阻力、易于平衡4）少占空間5）便于施工、調(diào)試、維修661）常用斷面形狀 矩形：易于和建筑、裝修配合；局部構(gòu)件制作容易 常用于空調(diào)系統(tǒng) 圓形：阻力??；省材料、強(qiáng)度高；管道制作容易 常用于通風(fēng)系統(tǒng)及空調(diào)高速風(fēng)管 其他形狀：根據(jù)實(shí)際需要2）斷面尺寸定型化 提高生產(chǎn)率；便于工廠機(jī)械化生產(chǎn)和運(yùn)輸671）薄鋼板 一般通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)：0.51.5mm 除塵系統(tǒng)：1.53.0mm2）塑料板 含腐蝕性氣體的通風(fēng)系統(tǒng)683）無機(jī)玻璃鋼 濕度較大的場合694）各種軟管 金屬、塑料 有的可帶有保溫層705）復(fù)合風(fēng)管雙層鋁箔夾酚醛樹脂單層鋁箔加玻璃纖維其他715）復(fù)合風(fēng)管726）新型柔性風(fēng)管系統(tǒng)優(yōu)越性：空氣分布均勻，避免吹風(fēng)感重量輕，安裝方便快捷，對結(jié)構(gòu)要求低靈活性好，便于系統(tǒng)