煙氣管道阻力計算

.PAGE5/NUMPAGES5第三節(jié)管道阻力空氣在風管內(nèi)的流動阻力有兩種形式：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<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。一、摩擦阻力根據(jù)流體力學原理,空氣在管道內(nèi)流動時,單位長度管道的摩擦阻力按下式計算：<5—3>式中Rm——單位長度摩擦阻力,Pa／m；υ——風管內(nèi)空氣的平均流速,m／s；ρ——空氣的密度,kg／m3；λ——摩擦阻力系數(shù)；Rs——風管的水力半徑,m。對圓形風管：<5—4>式中D——風管直徑,m。對矩形風管<5—5>式中a,b——矩形風管的邊長,m。因此,圓形風管的單位長度摩擦阻力<5—6>摩擦阻力系數(shù)λ與空氣在風管內(nèi)的流動狀態(tài)和風管內(nèi)壁的粗糙度有關。計算摩擦阻力系數(shù)的公式很多,美國、日本、德國的一些暖通手冊和我國通用通風管道計算表中所采用的公式如下：<5—7>式中K——風管內(nèi)壁粗糙度,mm；Re——雷諾數(shù)。<5—8>式中υ——風管內(nèi)空氣流速,m／s；d——風管內(nèi)徑,m；ν——運動黏度,m2／s。在實際應用中,為了避免煩瑣的計算,可制成各種形式的計算表或線解圖。圖5—2是計算圓形鋼板風管的線解圖。它是在氣體壓力B＝101．3kPa、溫度t=20℃、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《全國通用通風管道計算表》查得的λ／d值算出的Rm值基本一致,其誤差已可滿足工程設計的需要。只要已知風量、管徑、流速、單位摩擦阻力4圖5—2圓形鋼板風管計算線解圖[例]有一個10m長薄鋼板風管,已知風量L＝2400m3／h,流速υ＝16m／s,管壁粗糙度K＝0．15mm,求該風管直徑d及風管摩擦阻力R解利用線解圖5—2,在縱坐標上找到風量L＝2400m3／h,從這點向右做垂線,與流速υ＝16m／s的斜線相交于一點,在通過該點表示風管直徑的斜線上讀得d＝230mm。再過該點做垂直于橫坐標的垂線,在與表示單位摩擦阻力的橫坐標交點上直接讀得Rm＝13．5Pa／m該段風管摩擦阻力為：R＝Rml＝13．5×10Pa＝135Pa無論是按照《全國通用通風管道計算表》,還是按圖5—2計算風管時,如被輸送空氣的溫度不等于20℃,而且相差較大時,則應對R<5—9>式中——在不同溫度下,實際的單位長度摩擦阻力,Pa；Rm——按20℃的計算表或線解圖查得的單位摩擦阻力,PaKt——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)鋼板制的風管內(nèi)壁粗糙度K值一般為0．15mm。當實際使用的鋼板制風管,其內(nèi)壁粗糙度K值與制圖表數(shù)值有較大出入時,由計算圖表查得的單位摩擦阻力Rm值乘以表5—3中相應的粗糙度修正系數(shù)。表中υ為風管內(nèi)空氣流速。表5—3管壁粗糙度修正系數(shù)對于一般的通風除塵管道,粉塵對摩擦阻力的影響很小,例如含塵濃度為50g／m3時,所增大的摩擦阻力不超過2％,因此一般情況下可忽略不計。二、局部阻力各種通風管道要安裝一些彎頭、三通等配件。流體經(jīng)過這類配件時,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：①流量不改變時產(chǎn)生的局部阻力,如空氣通過彎頭、漸擴管、漸縮管等；②流量改變時所產(chǎn)生的局部阻力,如空氣通過三通等。局部阻力可按下式計算：<5—10>式中Z——局部阻力,Pa；ξ——局部阻力系數(shù),見表5—4；υ——空氣流速,m／s；ρ—空氣密度,kg／m3。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)通常都是通過實驗確定的?？梢詮挠嘘P采暖通風手冊中查得。表5—4列出了部分管道部件的局部阻力系數(shù)值。在計算通風管道時,局部阻力的計算是非常重要的一部分。因為在大多數(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,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).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5—4為一合流三通中氣流的流動情況。流速不同的1、2兩股氣流在匯合時發(fā)生碰撞,以及氣流速度改變時形成渦流是產(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。圖5—4合流三通中氣流流動狀態(tài)為了減少三通局部阻力,分支管中心夾角。應該取得小一些,一般不超過30°。只有在安裝條件限制或為了平衡阻力的情況下,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,應盡可能使總管和分支管的氣流速度相等,即按υ3＝υ1=υ2來確定總管和分支管的斷面積。這樣,風管斷面積的關系為：F3＝F1+F2。2．彎頭當氣流流過彎頭時<見圖5—5>,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)Ⅱ。兩個渦流區(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)生了旋轉氣流。渦流區(qū)的產(chǎn)生和氣流的旋轉都是造成局部阻力的原因。圖5—5彎頭中氣流流動狀況實驗證明,增大曲率半徑可以使彎頭內(nèi)的渦流區(qū)和旋轉運動減弱。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1～2倍。在任何情況下,都不宜采用90°的"Г"形直角彎頭。3．漸縮或漸擴管漸縮或漸擴管的局部阻力是由于氣流流經(jīng)管件時,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是漸擴管中氣流的流動狀況,圖5—6漸擴管中氣流流動狀況實驗證明,漸縮或漸擴管中心角。越大,渦流區(qū)越大,能量損失也越大。為了減少漸縮、漸擴管的局部阻力,必須減小中心角α,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)阻力整個通風除塵系統(tǒng)的阻力稱為系統(tǒng)阻力,它包括吸塵罩阻力、風管阻力、除塵器阻力和出口動壓損失4部分。四、通風管道的壓力分布圖5—7所示為一簡單通風系統(tǒng),其中沒有管件、吸塵罩和除塵器,假定空氣在進口A和出口C處局部阻力很小,可以忽略不計,系統(tǒng)僅有摩擦阻力。圖5—7僅有摩擦阻力的風管壓力分布按下列步驟可以說明該風管壓力分布。<1>定出風管中各點的壓力。風機開動后,空氣由靜止狀態(tài)變?yōu)檫\動狀態(tài)。因為風管斷面不變,所以各點<斷面>的空氣流速相等,即動壓相等。各點的動壓分布分別為：[點A][點B]全壓空氣從點A流至點B時要克服風管的摩擦阻力,所以點B的全壓<即風機吸入口的全壓>為：式中Rm——風管單位長度摩擦阻力,Pa／m；l1——從點A至點B的風管長度,m。由式<5—11>可以看出,當風管內(nèi)空氣流速不變時,風管的阻力是由降低空氣的靜壓來克服的。[點C]當空氣排入大氣時,這一能量便全部消失在大氣中,稱為風管出口動壓損失。[點B′]空氣由點B′流至點C需要克服摩擦阻力Rml2,所以：<2>把以上各點的數(shù)值在圖上標出,并連成直線,即可繪出壓力分布圖。如圖5—7所示。風機產(chǎn)生的風壓Hf等于風機進、出口的全壓差,即