管道阻力的基本計(jì)算方法

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)（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。、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:2R-4Rs2（5-3）式中Rm單位長(zhǎng)度摩擦阻力，Pa/m風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速，m）7s;3P空氣的密度，kg/m;摩擦阻力系數(shù)；Rs風(fēng)管的水力半徑，mo對(duì)圓形風(fēng)管：式中D風(fēng)管直徑，對(duì)矩形風(fēng)管Rs(5-4)miRsab2（ab）（5-5）式中a,b矩形風(fēng)管的邊長(zhǎng)，mi因此，圓形風(fēng)

2、管的單位長(zhǎng)度摩擦阻力(5-6)摩擦阻力系數(shù)入與空氣在風(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)。計(jì)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(cè)和我國通用通風(fēng)管道計(jì)算表中所采用的公式如下:K2.51、21g(不二)3.7DRe,(5-7)式中K風(fēng)管內(nèi)壁粗糙度，mmRe畝右效。Revd(58)式中風(fēng)管內(nèi)空氣流速，m/s；d風(fēng)管內(nèi)徑，m;2-運(yùn)動(dòng)黏度，m/s。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5-2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t=20C、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)

3、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。4又1013乂I/200母乂10.8X104frXlO4)X10*2X10M爐800600400100010.20.4C.60»12468102030405»608fl粘位長(zhǎng)度厚震阻力門圖52圓形鋼板風(fēng)管計(jì)算線解圖例有一個(gè)10m長(zhǎng)薄鋼板風(fēng)管，已知風(fēng)量L=240003/h,流速u=16ms,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52,在縱坐標(biāo)上找到風(fēng)量L=240003/

4、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=230mm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/mi該段風(fēng)管摩擦阻力為：RRl=13.5X10Pa=135Pa無論是按照全國通用通風(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20C,而且相差較大時(shí)，則應(yīng)對(duì)R值進(jìn)行修正，修正公式如下：'RmRmKt(5-9)'式中Rm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5一3

5、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(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53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53管壁粗糙度修正系數(shù)24-'6872-142224ao0-0.010,950.900.85C.8。I0.750.10too。.梅0.95C.950.950.201.051.051.05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50g/nf時(shí),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)。、局部阻力各種通風(fēng)管道要安裝一些彎頭、三通等配件

6、。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：2Z2(510)式中Z局部阻力，Pa;局部阻力系數(shù)，見表54;空氣流速，Ms;3p空氣密度，kg/m。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。可以從有關(guān)采暖通風(fēng)手冊(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

7、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54常見管件局部阻力系數(shù)聲號(hào)1名賽奉酹革Bi彩利看面>"""1R>由陽1fl/<4>|uMW-10t都阻力IU2。ttc琴值以*曲內(nèi)原示E40度*計(jì)算M112。15。圜愜0.-070,。4電。品0.110.弱0430矩形0.250.130.10K).120.190.270372片Ar-當(dāng)ti<45'時(shí)f-0,181,L0<b*|*|*r*?11:立氏101S心2。3530:1.251.50L7

8、52,00L253.50d020.030.050.0«。.50.050.03Q；0«o.(r&0.U0.IEQ.190.050.10Q.U0.200.S60l300.O&0.0.170.案0.880.3EGMG.13Q.S0.26d330.39：4捆圖再和斷面E?025I30M黨«頭Mm出口同部阻力矗數(shù)KT值母出內(nèi)廝示速度巾計(jì)算】主a】3。W入5D3£>6DJOD7.50.0280.021。,oieo.oislG0140.010.008150.05S0.044鼠0370,。"a029Q,0210.015300.11dOBI

9、Q.。踮0.D&10.D540.0鮑0.036I*008市q.ia0.14C,.Ud1。蟲。91。.妊45051式中E4906230.IBais0,130.12。,0830.Q蜴1206駕九加dl70.15仇13必10*07日1500.3。,四anQ.170,15Q.1L0.Q網(wǎng)血0.330.250.310.U0.160.12比。罐Ft/Fd1.5LQR53,03.54.00i州0.(X9Q.10。10a.11d1。以110,120.130bU(U50+120.Md150.1C0.170.180.150.1310.210.230.2S0.260.18。*2543。o.aa0.35Q.3

10、5序號(hào)Fj+Fi-Ficr-30'身都阻力系數(shù)a:值以用內(nèi)加承惠值5、叫;，百00.030.05010,20.364o.s0.&0,70,8ho以國內(nèi)所示速度6N0.0-1.13-0.01f3C+LE214,121.341,5叫2-!""0.10-1.2|-1.«+0.022,887.3413,42L12.94,/20-LML交-.22-0.例+0.05十1.4z.?a46.48E711.4I7,35羽-2*0TMT"L47E-fl.13*Q.521.21.訃3.30.S0T。T.885.24-0.91-0.第+0J40.560,84L1

11、8LS31人8置內(nèi)闈示速度或洋，）0.010。,M+D.S-0.1-Q.51T.l一4.WT.84H-r10.100.。10.100-084-0.04-0.33T6-2.h-3.6C一工孤=*0.2Qd。1。0,13*16十備06-0*fnL4工一丸3-3.59-8.64也330.4,5450.4gO.51b.sa+0.3!+eor-0,找一«B!f"T”4*G0.50L401.<0L40兒36L翔LQ90.56*G+0.5-0.52L叫TOT聲號(hào)國腰和病局顰阻力系聚口手理取網(wǎng)內(nèi)所示的計(jì)算）Le/Li00.030.050.10.20.30.40,50.40.70.81

12、.0o4oeTH-dMi網(wǎng)lhS2KU23.S仙4fi<31-0.10-L22-1.(N-0.78Q.06J.007.6413.9弱.03L90.20-L50T,和-L23-0.855121,塔3-004浦6九口帛乳5012+<0.33-2.0C-1.&2L&g-L3Si.制-(LM0.70L48i.243.103.95S.%0,5。TQ<z.ao-2.時(shí)-2mf5c-0.防-0,2i-0.3(0.791.瑞1.60Z.18ex以斜內(nèi)所承速度妁計(jì)算）Fi+Fa*F|(rT5.比060.000.050.05-0.05一仇59-L6s-3,21一1H0-100.0

13、60J0a120.11f15-0.71-L5S-a.n-ISa0,200.200.250.300.300.2804-0.337.8E-L52-2,M一3.420,潞04375M0.480.4BQ,50».400.20-0.13-LOI-1.60一工100-50L30L3%1.27lh271.20L100.90十印140.2；-0.2<i68一L5244口圖內(nèi)所示摩崖小苛笄1序號(hào)甥岸和斷面局榔瞰力氯敷K；值膜劇內(nèi)所示速展隊(duì)計(jì)算）70102030405460708090L0,050.31,02.572fl50100ISOO1'"'I.R"zQ.0

14、50.4L0Zb5483050350600。a30,050.2。*7著G510州40«6000t'40.G50.耨*8丸0481530】的班。-&6050.2。0,6L&3.57】328904000IA0.100.2。,30,4Q,50.60,70.8L9LOJL1圄形9R_97,8351Q%62.06,。.儲(chǔ)0.440.17口或軌。5同管<R<|Hil中J討矩影一一19341517,«8.124.022.C80-95：0.390.290風(fēng)警io蟲膨風(fēng)«八譽(yù)式Y(jié)李筆風(fēng)*(rK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

15、少局部阻力的辦法。1.三通圖5-4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（即流速比）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。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U3=u1=U2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+F20

16、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)n。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)狀況但是彎頭的曲率半徑實(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。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“r”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(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5-6是漸

17、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°。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)，系統(tǒng)僅有摩擦阻力。圖57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

18、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：點(diǎn)A全壓口曬=大氣壓力動(dòng)壓=等靜壓H詛=H<a=一厚點(diǎn)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（即風(fēng)機(jī)吸入口的全壓）為：-R/i一一直L式中Rm風(fēng)管單位長(zhǎng)度摩擦阻力，Pa/m;li從點(diǎn)A至點(diǎn)B的風(fēng)管長(zhǎng)度，m,動(dòng)壓"出"寫"fHh靜壓=£i從上式可得由式（511）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。點(diǎn)C動(dòng)壓Wjc=£t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。靜壓大氣壓力=0全壓=H41cH%'點(diǎn)P空氣由點(diǎn)B'流至點(diǎn)C需要克服摩擦阻力Rml2,所以：全壓日調(diào)=+K"工=H寓+R&動(dòng)壓叫二畔群壓H般=H芯+民/不一H叼=R"工（2）把以上各點(diǎn)的數(shù)值在圖上標(biāo)出，并連成直線，即