通風(fēng)管道系統(tǒng)的設(shè)計計算課件

8.0概述8.1風(fēng)管內(nèi)氣體流動的流態(tài)和阻力8.2風(fēng)管內(nèi)的壓力分布8.3通風(fēng)管道的水力計算8.4均勻送風(fēng)管道設(shè)計計算8.5通風(fēng)管道設(shè)計中的常見問題及其處理措施8.6氣力輸送系統(tǒng)的管道設(shè)計計算第8章通風(fēng)管道系統(tǒng)的設(shè)計計算18.0概述第8章通風(fēng)管道系統(tǒng)的設(shè)計計算1定義：把符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的新鮮空氣輸送到室內(nèi)各需要地點，把室內(nèi)局部地區(qū)或設(shè)備散發(fā)的污濁、有害氣體直接排送到室外或經(jīng)凈化處理后排送到室外的管道。8.0概述分類：包括通風(fēng)除塵管道、空調(diào)管道等。作用：把通風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、空氣的熱、濕及凈化處理設(shè)備、送(排)風(fēng)口、部件和風(fēng)機(jī)連成一個整體，使之有效運轉(zhuǎn)。設(shè)計內(nèi)容：風(fēng)管及其部件的布置；管徑的確定；管內(nèi)氣體流動時能量損耗的計算；風(fēng)機(jī)和電動機(jī)功率的選擇。設(shè)計目標(biāo)：在滿足工藝設(shè)計要求和保證使用效果的前提下，合理地組織空氣流動，使系統(tǒng)的初投資和日常運行維護(hù)費用最優(yōu)。2定義：把符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的新鮮空氣輸送到室內(nèi)各需要地點，把室內(nèi)局通風(fēng)除塵管道4風(fēng)機(jī)1排風(fēng)罩5風(fēng)帽1排風(fēng)罩2風(fēng)管有害氣體室外大氣3凈化設(shè)備如圖，在風(fēng)機(jī)4的動力作用下，排風(fēng)罩（或排風(fēng)口）1將室內(nèi)污染空氣吸入，經(jīng)管道2送入凈化設(shè)備3，經(jīng)凈化處理達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)后，通過風(fēng)帽5排到室外大氣中。3通風(fēng)除塵管道4風(fēng)機(jī)1排風(fēng)罩5風(fēng)帽1排風(fēng)罩2風(fēng)管有害空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)3風(fēng)機(jī)1新風(fēng)口室外大氣2進(jìn)氣處理設(shè)備4風(fēng)管5送風(fēng)口室內(nèi)如圖，在風(fēng)機(jī)3的動力作用下，室外空氣進(jìn)入新風(fēng)口1，經(jīng)進(jìn)氣處理設(shè)備2處理后達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)或工藝要求后，由風(fēng)管4輸送并分配到各送風(fēng)口5，由風(fēng)口送入室內(nèi)。4空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)3風(fēng)機(jī)1新風(fēng)口室外大氣2進(jìn)氣處理設(shè)備4風(fēng)管8.1風(fēng)管內(nèi)氣體流動的流態(tài)和阻力8.1.1兩種流態(tài)及其判別分析流體在管道內(nèi)流動時，其流動狀態(tài)，可以分為層流、紊流。雷諾數(shù)既能判別流體在風(fēng)道中流動時的流動狀態(tài)，又是計算風(fēng)道摩擦阻力系數(shù)的基本參數(shù)。在通風(fēng)與空調(diào)工程中，雷諾數(shù)通常用右式表示：8.1.2風(fēng)管內(nèi)空氣流動的阻力產(chǎn)生阻力的原因：空氣在風(fēng)管內(nèi)流動之所以產(chǎn)生阻力是因為空氣是具有粘滯性的實際流體，在運動過程中要克服內(nèi)部相對運動出現(xiàn)的摩擦阻力以及風(fēng)管材料內(nèi)表面的粗糙程度對氣體的阻滯作用和擾動作用。阻力的分類：摩擦阻力或沿程阻力；局部阻力58.1風(fēng)管內(nèi)氣體流動的流態(tài)和阻力8.1.1兩種流態(tài)及1沿程阻力空氣在任意橫斷面形狀不變的管道中流動時，根據(jù)流體力學(xué)原理，它的沿程阻力可以按下式確定：對于圓形截面風(fēng)管，其阻力由下式計算：單位長度的摩擦阻力又稱比摩阻。對于圓形風(fēng)管，由上式可知其比摩阻為：（8-5）（1）圓形風(fēng)管的沿程阻力計算61沿程阻力空氣在任意橫斷面形狀不變的管道中流動時摩擦阻力系數(shù)λ與管內(nèi)流態(tài)和風(fēng)管管壁的粗糙度K/D有關(guān)圖8-1摩擦阻力系數(shù)λ隨雷諾數(shù)和相對粗糙度的變化1沿程阻力7摩擦阻力系數(shù)λ與管內(nèi)流態(tài)和風(fēng)管管壁的粗糙度K/D有關(guān)圖8-1有關(guān)過渡區(qū)的摩擦阻力系數(shù)計算公式很多，一般采用適用三個區(qū)的柯氏公式來計算。它以一定的實驗資料作為基礎(chǔ)，美國、日本、德國的一些暖通手冊中廣泛采用。我國編制的《全國通用通風(fēng)管道計算表》也采用該公式：為了避免繁瑣的計算，可根據(jù)公式（8-5）和式（8-7）制成各種形式的表格或線算圖。附錄4所示的通風(fēng)管道單位長度摩擦阻力線算圖，可供計算管道阻力時使用。運用線算圖或計算表，只要已知流量、管徑、流速、阻力四個參數(shù)中的任意兩個，即可求得其余兩個參數(shù)。（8-7）1沿程阻力8有關(guān)過渡區(qū)的摩擦阻力系數(shù)計算公式很多，一般采用適用三附錄4通風(fēng)管道單位長度摩擦阻力線算圖9附錄4通風(fēng)管道單位長度摩擦阻力線算圖9需要說明的是，附錄4的線算圖是是按過渡區(qū)的值，在壓力B0=101.3kPa、溫度t0=200C、空氣密度0=1.24kg/m3、運動粘度=15.06×10-6m2/s、壁粗糙度K=0.15mm、圓形風(fēng)管、氣流與管壁間無熱量交換等條件下得的。當(dāng)實際條件與上述不符時，應(yīng)進(jìn)行修正。1）密度和粘度的修正2）空氣溫度和大氣壓力的修正3）管壁粗糙度的修正1沿程阻力10需要說明的是，附錄4的線算圖是是按過渡區(qū)的值，在壓有一通風(fēng)系統(tǒng)，采用薄鋼板圓形風(fēng)管（K=0.15mm），已知風(fēng)量L＝3600m2/h（1m3/s）。管徑D＝300mm，空氣溫度t＝30℃。求風(fēng)管管內(nèi)空氣流速和單位長度摩擦阻力。=0.97解：查附錄4，得υ＝14m/s，＝7.68Pa/m查圖8-2得，=0.97×7.68Pa/m=7.45Pa/m[例8-1]1沿程阻力11有一通風(fēng)系統(tǒng)，采用薄鋼板圓形風(fēng)管（K=0.152.矩形風(fēng)管的沿程阻力計算《全國通用通風(fēng)管道計算表》和附錄4的線算圖是按圓形風(fēng)管得出的，在進(jìn)行矩形風(fēng)管的摩擦阻力計算時，需要把矩形風(fēng)管斷面尺寸折算成與之相當(dāng)?shù)膱A形風(fēng)管直徑，即當(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（2）流量當(dāng)量直徑122.矩形風(fēng)管的沿程阻力計算《全國通用通風(fēng)管道計算[解]矩道風(fēng)道內(nèi)空氣流速

1）根據(jù)矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑Dv和實際流速V，求矩形風(fēng)管的單位長度摩擦阻力。有一表面光滑的磚砌風(fēng)道（K=3mm），橫斷面尺寸為500mm×400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求單位長度摩阻力。[例8-2]13[解]矩道風(fēng)道內(nèi)空氣流速

1）根據(jù)矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑由V=5m/s、Dv=444mm查圖得Rm0=0.62Pa/m2001.00.010.11004004000管徑4035180流速3044450.62Rm(Pa/m)空氣量m3/s450粗糙度修正系數(shù)[例8-2]14由V=5m/s、Dv=444mm查圖得Rm0=0.62Pa/由L=1m3/S、DL=487mm查圖2-3-1得Rm0=0.61Pa/mRm=1.96×0.61=1.2Pa/m2）用流量當(dāng)量直徑求矩形風(fēng)管單位長度摩擦阻力。

矩形風(fēng)道的流量當(dāng)量直徑0.011.02002001.00.010.11004004000管徑4035180流速3044750.61RmPa/m空氣量m3/s()()()()0.6250.250.6250.251.30.40.51.30.40.50.447LabDabm=+×=+=[例8-2]15由L=1m3/S、DL=487mm查圖2-3-1得Rm0=02局部阻力一般情況下，通風(fēng)除塵、空氣調(diào)節(jié)和氣力輸送管道都要安裝一些諸如斷面變化的管件(如各種變徑管、變形管、風(fēng)管進(jìn)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)，用以控制和調(diào)節(jié)管內(nèi)的氣流流動。流體經(jīng)過這些管件時，由于邊壁或流量的變化，均勻流在這一局部地區(qū)遭到破壞，引起流速的大小，方向或分布的變化，或者氣流的合流與分流，使得氣流中出現(xiàn)渦流區(qū)，由此產(chǎn)生了局部損失。多數(shù)局部阻力的計算還不能從理論上解決，必須借助于由實驗得來的經(jīng)驗公式或系數(shù)。局部阻力一般按下面公式確定：局部阻力系數(shù)也不能從理論上求得，一般用實驗方法確定。在附錄5中列出了部分常見管件的局部阻力系數(shù)。162局部阻力一般情況下，通風(fēng)除塵、空氣調(diào)節(jié)和氣力輸局部阻力在通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中占有較大的比例，在設(shè)計時應(yīng)加以注意。減小局部阻力的著眼點在于防止或推遲氣流與壁面的分離，避免漩渦區(qū)的產(chǎn)生或減小漩渦區(qū)的大小和強(qiáng)度。下面介紹幾種常用的減小局部阻力的措施。減小局部阻力的措施（1）漸擴(kuò)管和漸縮管幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型：１、突變２、漸變

17局部阻力在通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中占有較大的比例，在設(shè)３、轉(zhuǎn)彎處

４、分岔與會合θ2θ3123１３２θ1θ2減小局部阻力的措施18３、轉(zhuǎn)彎處θ2θ3123１３２θ1θ2減小局部阻力的措施18（2）三通圖8-4三通支管和干管的連接19（2）三通圖8-4三通支管和干管的連接19（3）彎管圖8-5圓形風(fēng)管彎頭圖8-6矩形風(fēng)管彎頭圖8-7設(shè)有導(dǎo)流片的直角彎頭（4）管道進(jìn)出口圖8-8風(fēng)管進(jìn)出口阻力20（3）彎管圖8-5圓形風(fēng)管彎頭圖8-6矩形風(fēng)管彎頭圖8-（5）管道和風(fēng)機(jī)的連接圖8-9風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道連接21（5）管道和風(fēng)機(jī)的連接圖8-9風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道連接218.2風(fēng)管內(nèi)的壓力分布8.2.1動壓、靜壓和全壓空氣在風(fēng)管中流動時，由于風(fēng)管阻力和流速變化，空氣的壓力是不斷變化的。研究風(fēng)管內(nèi)壓力的分布規(guī)律，有助于我們正確設(shè)計通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)并使之經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的運行。分析的原理是風(fēng)流的能量方程和靜壓、動壓與全壓的關(guān)系式。

動壓(Pd)

:指空氣流動時產(chǎn)生的壓力，只要風(fēng)管內(nèi)空氣流動就具有一定的動壓，其值永遠(yuǎn)是正的。

靜壓(Pj)

:由于空氣分子不規(guī)則運動而撞擊于管壁上產(chǎn)生的壓力稱為靜壓。計算時，以絕對真空為計算零點的靜壓稱為絕對靜壓。以大氣壓力為零點的靜壓稱為相對靜壓?？照{(diào)中的空氣靜壓均指相對靜壓。靜壓高于大氣壓時為正值，低于大氣壓時為負(fù)值。

228.2風(fēng)管內(nèi)的壓力分布8.2.1動壓、靜壓和全壓8.2風(fēng)管內(nèi)的壓力分布全壓(Pq)

:

全壓是靜壓和動壓的代數(shù)和：Pq＝Pj十Pd

全壓代表l

m3氣體所具有的總能量。若以大氣壓為計算的起點，它可以是正值，亦可以是負(fù)值。

Z2Z112根據(jù)能量守恒定律，可以寫出空氣在管道內(nèi)流動時不同斷面間的能量方程（伯努利方程）。我們可以利用上式對任一通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的壓力分布進(jìn)行分析238.2風(fēng)管內(nèi)的壓力分布全壓(Pq)

:

全壓是靜壓8.2.2風(fēng)管內(nèi)空氣壓力的分布把一套通風(fēng)除塵系統(tǒng)內(nèi)氣流的動壓、靜壓和全壓的變化表示在以相對壓力為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)圖上，就稱為通風(fēng)除塵系統(tǒng)的壓力分布圖。設(shè)有圖8-10所示的通風(fēng)系統(tǒng)，空氣進(jìn)出口都有局部阻力。分析該系統(tǒng)風(fēng)管內(nèi)的壓力分布。248.2.2風(fēng)管內(nèi)空氣壓力的分布把一套通風(fēng)除塵系統(tǒng)內(nèi)8.3通風(fēng)管道的水力計算8.3.1風(fēng)道設(shè)計的內(nèi)容及原則風(fēng)道的水力計算分設(shè)計計算和校核計算兩類。風(fēng)道設(shè)計時必須遵循以下的原則：（1）系統(tǒng)要簡潔、靈活、可靠；便于安裝、調(diào)節(jié)、控制與維修。（2）斷面尺寸要標(biāo)準(zhǔn)化。（3）斷面形狀要與建筑結(jié)構(gòu)相配合，使其完美統(tǒng)一。8.3.2風(fēng)道設(shè)計的方法管水力計算方法有假定流速法、壓損平均法和靜壓復(fù)得法等幾種，目前常用的是假定流速法。258.3通風(fēng)管道的水力計算8.3.1風(fēng)道設(shè)計的內(nèi)容及原8.3.3風(fēng)道設(shè)計的步驟下面以假定流速法為例介紹風(fēng)管水力計算的步驟。（1）繪制通風(fēng)或空調(diào)系統(tǒng)軸測圖（2）確定合理的空氣流速（3）根據(jù)各管段的風(fēng)量和選擇的流速確定各管段的斷面尺寸，計算最不利環(huán)路的摩擦阻力和局部阻力（4）并聯(lián)管路的阻力計算（5）計算系統(tǒng)的總阻力（6）選擇風(fēng)機(jī)268.3.3風(fēng)道設(shè)計的步驟下面以假定流速法為例介紹風(fēng)管水力7l=3.7m風(fēng)機(jī)8l=12m654321910L=5500m3/hL=2700m3/hL=2650m3/hl=4.2ml=5.5ml=5.5ml=6.2m通風(fēng)除塵系統(tǒng)的系統(tǒng)圖[例8-3]l=5.4m除塵器圖8-11所示為某車間的振動篩除塵系統(tǒng)。采用矩形傘形排風(fēng)罩排塵，風(fēng)管用鋼板制作（粗糙度K＝0.15mm），輸送含有鐵礦粉塵的含塵氣體，氣體溫度為20℃。該系統(tǒng)采用CLSΦ800型水膜除塵器，除塵器含塵氣流進(jìn)口尺寸為318mm×552mm，除塵器阻力900Pa。對該系統(tǒng)進(jìn)行水力計算，確定該系統(tǒng)的風(fēng)管斷面尺寸和阻力并選擇風(fēng)機(jī)。277l=3.7m風(fēng)機(jī)8l=12m654321910L=552828292930303131323233333434353536363737383839398.4均勻送風(fēng)管道設(shè)計計算在通風(fēng)、空調(diào)、冷庫、烘房及氣幕裝置中，常常要求把等量的空氣經(jīng)由風(fēng)道側(cè)壁（開有條縫、孔口或短管）均勻的輸送到各個空間，以達(dá)到空間內(nèi)均勻的空氣分布。這種送風(fēng)方式稱為均勻送風(fēng)。均勻送風(fēng)管道通常有以下幾種形式：（1）條縫寬度或孔口面積變化，風(fēng)道斷面不變，如圖8-14所示。圖8-14風(fēng)道斷面F及孔口流量系數(shù)不變，孔口面積變化的均勻吸送風(fēng)吹出吸入從條縫口吹出和吸入的速度分布408.4均勻送風(fēng)管道設(shè)計計算在通風(fēng)、空調(diào)、冷庫、烘（2）風(fēng)道斷面變化，條縫寬度或孔口面積不變，如圖8-15所示。圖8-15風(fēng)道斷面F變化，孔口流量系數(shù)及孔口面積不變的均勻送風(fēng)（3）風(fēng)道斷面、條縫寬度或孔口面積都不變，如圖8-16所示。風(fēng)道斷面F及孔口面積不變時，管內(nèi)靜壓會不斷增大，可以根據(jù)靜壓變化，在孔口上設(shè)置不同的阻體來改變流量系數(shù)。8.4均勻送風(fēng)管道設(shè)計計算41（2）風(fēng)道斷面變化，條縫寬度或孔口面積不變，如圖8-15所示8.4.1均勻送風(fēng)管道的設(shè)計原理風(fēng)管內(nèi)流動的空氣，在管壁的垂直方向受到氣流靜壓作用，如果在管的側(cè)壁開孔，由于孔口內(nèi)外靜壓差的作用，空氣會在垂直管壁方向從孔口流出。但由于受到原有管內(nèi)軸向流速的影響，其孔口出流方向并非垂直于管壁，而是以合成速度沿風(fēng)管軸線成角的方向流出，如圖8-17所示。ff0vjvdvf0圖8-17孔口出流狀態(tài)圖428.4.1均勻送風(fēng)管道的設(shè)計原理風(fēng)管內(nèi)流動的空1.出流的實際流速和流向靜壓差產(chǎn)生的流速為：空氣從孔口出流時，它的實際流速和出流方向不僅取決于靜壓產(chǎn)生的流速大小和方向，還受管內(nèi)流速的影響。孔口出流的實際速度為二者的合成速度。速度的大小為：利用速度四邊形對角線法則，實際流速的方向與風(fēng)道軸線方向的夾角（出流角）為空氣在風(fēng)管內(nèi)的軸向流速為：8.4.1均勻送風(fēng)管道的設(shè)計原理431.出流的實際流速和流向靜壓差產(chǎn)生的流速為：空氣從2.孔口出流的風(fēng)量對于孔口出流，流量可表示成：

孔口處平均流速：8.4.1均勻送風(fēng)管道的設(shè)計原理442.孔口出流的風(fēng)量對于孔口出流，流量可表示成：3.實現(xiàn)均勻送風(fēng)的條件要實現(xiàn)均勻送風(fēng)需要滿足下面兩個基本要求：1）各側(cè)孔或短管的出流風(fēng)量相等；2）出口氣流盡量與管道側(cè)壁垂直，否則盡管風(fēng)量相等也不會均勻。

從式（8-34）可以看出，對側(cè)孔面積保持不變的均勻送風(fēng)管道，要使各側(cè)孔的送風(fēng)量保持相等，必需保證各側(cè)孔的靜壓和流量系數(shù)相等；要使出口氣流盡量保持垂直，要求出流角接近90°。下面具體分析各項措施。如圖8-18所示有兩個側(cè)孔，根據(jù)流體力學(xué)原理可知，斷面1處的全壓應(yīng)等于斷面2處的全壓加上斷面1-2間的阻力，即（1）保持各側(cè)孔靜壓相等453.實現(xiàn)均勻送風(fēng)的條件要實現(xiàn)均勻送風(fēng)需要滿足下面兩個基本要由此說明，欲使兩個側(cè)孔靜壓相等，就必須有也就是說，若能使兩個側(cè)孔的動壓降等于兩側(cè)孔間的風(fēng)管阻力，兩側(cè)孔處的靜壓就保持相等。圖8-18側(cè)孔出流狀態(tài)圖46由此說明，欲使兩個側(cè)孔靜壓相等，就必須有也就是說，若（2）保持各側(cè)孔流量系數(shù)相等=700=600=500=400=9000.40.50.60.70.80.11.00.5圖8-19銳邊孔口的值（3）增大出流角度風(fēng)管中靜壓與動壓的比值愈大，氣流在側(cè)孔的出流角度也愈大，即出流方向與管壁側(cè)面愈接近垂直（如圖8-20（a）所示）。比值愈小，出流就會向風(fēng)管末端偏斜，難于達(dá)到均勻送風(fēng)的目的（如圖8-20（b）所示）。a）b）圖8-20側(cè)孔氣流出流方向與送風(fēng)均勻性47（2）保持各側(cè)孔流量系數(shù)相等=700=600=5008.4.2均勻送風(fēng)管道的計算均勻送風(fēng)管道計算的目的是確定側(cè)孔的個數(shù)、間距、面積及出風(fēng)量，風(fēng)管斷面尺寸和均勻送風(fēng)管段的阻力。均勻送風(fēng)管道計算和一般送風(fēng)管道計算相似，只是在計算側(cè)孔送風(fēng)時的局部阻力系數(shù)時需要注意。側(cè)孔送風(fēng)管道可以認(rèn)為是支管長度為零的三通。當(dāng)空氣從側(cè)孔出流時產(chǎn)生兩種局部阻力，即直通部分的局部阻力和側(cè)孔局部阻力。直通部分的局部阻力系數(shù)可以按布達(dá)柯夫提出的公式確定也可以由表8-7查出。側(cè)孔的局部阻力系數(shù)可以由塔利耶夫的試驗數(shù)據(jù)（表8-8）確定，也可以按下式計算488.4.2均勻送風(fēng)管道的計算均勻送風(fēng)管道計算的目的是8.5通風(fēng)管道設(shè)計中的常見問題及其處理措施8.5.1系統(tǒng)劃分498.5通風(fēng)管道設(shè)計中的常見問題及其處理措施8.5.18.5.2風(fēng)管的布置、選型及保溫與防腐1.風(fēng)管布置2.風(fēng)管選型

風(fēng)管選型包括斷面形狀的選取，材料的選擇和管道規(guī)格。508.5.2風(fēng)管的布置、選型及保溫與防腐1.風(fēng)管布置2.風(fēng)3.風(fēng)管保溫

513.風(fēng)管保溫514.風(fēng)道的防腐

524.風(fēng)道的防腐52骯臟的室內(nèi)送風(fēng)口散流器提示通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)過多的污垢5.管道及其設(shè)備的清潔

53骯臟的室內(nèi)送風(fēng)口散流器5.管道及其設(shè)備的清潔53過濾器可以截留顆粒物和水溶性氣體，但也容易滋生細(xì)菌54過濾器可以截留顆粒物和水溶性氣體，但也容易滋生細(xì)菌54空調(diào)送風(fēng)內(nèi)部孢子擴(kuò)散引起過濾器霉菌污染55空調(diào)送風(fēng)內(nèi)部孢子擴(kuò)散引起過濾器霉菌污染55機(jī)械送風(fēng)系統(tǒng)室外進(jìn)風(fēng)口位置

應(yīng)設(shè)在室外空氣比較潔凈的地方。應(yīng)盡量設(shè)在排風(fēng)口的上風(fēng)側(cè)，且低于排風(fēng)口。應(yīng)避免進(jìn)風(fēng)口和排風(fēng)口短路。進(jìn)、排風(fēng)口同側(cè)時，排風(fēng)口宜高于進(jìn)風(fēng)口6m，進(jìn)、排風(fēng)口在同側(cè)同一高度時，水平距離不宜小于10m；進(jìn)風(fēng)口的底部距室外地坪不宜低于2m。當(dāng)設(shè)在綠化地帶時，不宜低于1m。降溫用的進(jìn)風(fēng)口，宜設(shè)在建筑物的背蔭處。（規(guī)范要求）56機(jī)械送風(fēng)系統(tǒng)室外進(jìn)風(fēng)口位置

應(yīng)設(shè)在室外空氣比較潔凈的地方。常見問題進(jìn)風(fēng)口與排風(fēng)口相距很近，并且設(shè)在同一高度。57常見問題57改進(jìn)措施§2.1全面通風(fēng)換氣量的計算58§2.1全面通風(fēng)換氣量的計算58常見問題進(jìn)風(fēng)口距室外地坪：室外有綠化時小于1.0m，無綠化時小于2.0m。有的設(shè)在衛(wèi)生間外窗上。59常見問題59改進(jìn)措施§2.0全面通風(fēng)概述§2.1全面通風(fēng)換氣量的計算60改進(jìn)措施§2.0全面通風(fēng)概述§2.1全面通風(fēng)換氣量的計算8.0概述8.1風(fēng)管內(nèi)氣體流動的流態(tài)和阻力8.2風(fēng)管內(nèi)的壓力分布8.3通風(fēng)管道的水力計算8.4均勻送風(fēng)管道設(shè)計計算8.5通風(fēng)管道設(shè)計中的常見問題及其處理措施8.6氣力輸送系統(tǒng)的管道設(shè)計計算第8章通風(fēng)管道系統(tǒng)的設(shè)計計算618.0概述第8章通風(fēng)管道系統(tǒng)的設(shè)計計算1定義：把符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的新鮮空氣輸送到室內(nèi)各需要地點，把室內(nèi)局部地區(qū)或設(shè)備散發(fā)的污濁、有害氣體直接排送到室外或經(jīng)凈化處理后排送到室外的管道。8.0概述分類：包括通風(fēng)除塵管道、空調(diào)管道等。作用：把通風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、空氣的熱、濕及凈化處理設(shè)備、送(排)風(fēng)口、部件和風(fēng)機(jī)連成一個整體，使之有效運轉(zhuǎn)。設(shè)計內(nèi)容：風(fēng)管及其部件的布置；管徑的確定；管內(nèi)氣體流動時能量損耗的計算；風(fēng)機(jī)和電動機(jī)功率的選擇。設(shè)計目標(biāo)：在滿足工藝設(shè)計要求和保證使用效果的前提下，合理地組織空氣流動，使系統(tǒng)的初投資和日常運行維護(hù)費用最優(yōu)。62定義：把符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的新鮮空氣輸送到室內(nèi)各需要地點，把室內(nèi)局通風(fēng)除塵管道4風(fēng)機(jī)1排風(fēng)罩5風(fēng)帽1排風(fēng)罩2風(fēng)管有害氣體室外大氣3凈化設(shè)備如圖，在風(fēng)機(jī)4的動力作用下，排風(fēng)罩（或排風(fēng)口）1將室內(nèi)污染空氣吸入，經(jīng)管道2送入凈化設(shè)備3，經(jīng)凈化處理達(dá)到規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)后，通過風(fēng)帽5排到室外大氣中。63通風(fēng)除塵管道4風(fēng)機(jī)1排風(fēng)罩5風(fēng)帽1排風(fēng)罩2風(fēng)管有害空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)3風(fēng)機(jī)1新風(fēng)口室外大氣2進(jìn)氣處理設(shè)備4風(fēng)管5送風(fēng)口室內(nèi)如圖，在風(fēng)機(jī)3的動力作用下，室外空氣進(jìn)入新風(fēng)口1，經(jīng)進(jìn)氣處理設(shè)備2處理后達(dá)到衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)或工藝要求后，由風(fēng)管4輸送并分配到各送風(fēng)口5，由風(fēng)口送入室內(nèi)。64空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)3風(fēng)機(jī)1新風(fēng)口室外大氣2進(jìn)氣處理設(shè)備4風(fēng)管8.1風(fēng)管內(nèi)氣體流動的流態(tài)和阻力8.1.1兩種流態(tài)及其判別分析流體在管道內(nèi)流動時，其流動狀態(tài)，可以分為層流、紊流。雷諾數(shù)既能判別流體在風(fēng)道中流動時的流動狀態(tài)，又是計算風(fēng)道摩擦阻力系數(shù)的基本參數(shù)。在通風(fēng)與空調(diào)工程中，雷諾數(shù)通常用右式表示：8.1.2風(fēng)管內(nèi)空氣流動的阻力產(chǎn)生阻力的原因：空氣在風(fēng)管內(nèi)流動之所以產(chǎn)生阻力是因為空氣是具有粘滯性的實際流體，在運動過程中要克服內(nèi)部相對運動出現(xiàn)的摩擦阻力以及風(fēng)管材料內(nèi)表面的粗糙程度對氣體的阻滯作用和擾動作用。阻力的分類：摩擦阻力或沿程阻力；局部阻力658.1風(fēng)管內(nèi)氣體流動的流態(tài)和阻力8.1.1兩種流態(tài)及1沿程阻力空氣在任意橫斷面形狀不變的管道中流動時，根據(jù)流體力學(xué)原理，它的沿程阻力可以按下式確定：對于圓形截面風(fēng)管，其阻力由下式計算：單位長度的摩擦阻力又稱比摩阻。對于圓形風(fēng)管，由上式可知其比摩阻為：（8-5）（1）圓形風(fēng)管的沿程阻力計算661沿程阻力空氣在任意橫斷面形狀不變的管道中流動時摩擦阻力系數(shù)λ與管內(nèi)流態(tài)和風(fēng)管管壁的粗糙度K/D有關(guān)圖8-1摩擦阻力系數(shù)λ隨雷諾數(shù)和相對粗糙度的變化1沿程阻力67摩擦阻力系數(shù)λ與管內(nèi)流態(tài)和風(fēng)管管壁的粗糙度K/D有關(guān)圖8-1有關(guān)過渡區(qū)的摩擦阻力系數(shù)計算公式很多，一般采用適用三個區(qū)的柯氏公式來計算。它以一定的實驗資料作為基礎(chǔ)，美國、日本、德國的一些暖通手冊中廣泛采用。我國編制的《全國通用通風(fēng)管道計算表》也采用該公式：為了避免繁瑣的計算，可根據(jù)公式（8-5）和式（8-7）制成各種形式的表格或線算圖。附錄4所示的通風(fēng)管道單位長度摩擦阻力線算圖，可供計算管道阻力時使用。運用線算圖或計算表，只要已知流量、管徑、流速、阻力四個參數(shù)中的任意兩個，即可求得其余兩個參數(shù)。（8-7）1沿程阻力68有關(guān)過渡區(qū)的摩擦阻力系數(shù)計算公式很多，一般采用適用三附錄4通風(fēng)管道單位長度摩擦阻力線算圖69附錄4通風(fēng)管道單位長度摩擦阻力線算圖9需要說明的是，附錄4的線算圖是是按過渡區(qū)的值，在壓力B0=101.3kPa、溫度t0=200C、空氣密度0=1.24kg/m3、運動粘度=15.06×10-6m2/s、壁粗糙度K=0.15mm、圓形風(fēng)管、氣流與管壁間無熱量交換等條件下得的。當(dāng)實際條件與上述不符時，應(yīng)進(jìn)行修正。1）密度和粘度的修正2）空氣溫度和大氣壓力的修正3）管壁粗糙度的修正1沿程阻力70需要說明的是，附錄4的線算圖是是按過渡區(qū)的值，在壓有一通風(fēng)系統(tǒng)，采用薄鋼板圓形風(fēng)管（K=0.15mm），已知風(fēng)量L＝3600m2/h（1m3/s）。管徑D＝300mm，空氣溫度t＝30℃。求風(fēng)管管內(nèi)空氣流速和單位長度摩擦阻力。=0.97解：查附錄4，得υ＝14m/s，＝7.68Pa/m查圖8-2得，=0.97×7.68Pa/m=7.45Pa/m[例8-1]1沿程阻力71有一通風(fēng)系統(tǒng)，采用薄鋼板圓形風(fēng)管（K=0.152.矩形風(fēng)管的沿程阻力計算《全國通用通風(fēng)管道計算表》和附錄4的線算圖是按圓形風(fēng)管得出的，在進(jìn)行矩形風(fēng)管的摩擦阻力計算時，需要把矩形風(fēng)管斷面尺寸折算成與之相當(dāng)?shù)膱A形風(fēng)管直徑，即當(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（2）流量當(dāng)量直徑722.矩形風(fēng)管的沿程阻力計算《全國通用通風(fēng)管道計算[解]矩道風(fēng)道內(nèi)空氣流速

1）根據(jù)矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑Dv和實際流速V，求矩形風(fēng)管的單位長度摩擦阻力。有一表面光滑的磚砌風(fēng)道（K=3mm），橫斷面尺寸為500mm×400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求單位長度摩阻力。[例8-2]73[解]矩道風(fēng)道內(nèi)空氣流速

1）根據(jù)矩形風(fēng)管的流速當(dāng)量直徑由V=5m/s、Dv=444mm查圖得Rm0=0.62Pa/m2001.00.010.11004004000管徑4035180流速3044450.62Rm(Pa/m)空氣量m3/s450粗糙度修正系數(shù)[例8-2]74由V=5m/s、Dv=444mm查圖得Rm0=0.62Pa/由L=1m3/S、DL=487mm查圖2-3-1得Rm0=0.61Pa/mRm=1.96×0.61=1.2Pa/m2）用流量當(dāng)量直徑求矩形風(fēng)管單位長度摩擦阻力。

矩形風(fēng)道的流量當(dāng)量直徑0.011.02002001.00.010.11004004000管徑4035180流速3044750.61RmPa/m空氣量m3/s()()()()0.6250.250.6250.251.30.40.51.30.40.50.447LabDabm=+×=+=[例8-2]75由L=1m3/S、DL=487mm查圖2-3-1得Rm0=02局部阻力一般情況下，通風(fēng)除塵、空氣調(diào)節(jié)和氣力輸送管道都要安裝一些諸如斷面變化的管件(如各種變徑管、變形管、風(fēng)管進(jìn)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)，用以控制和調(diào)節(jié)管內(nèi)的氣流流動。流體經(jīng)過這些管件時，由于邊壁或流量的變化，均勻流在這一局部地區(qū)遭到破壞，引起流速的大小，方向或分布的變化，或者氣流的合流與分流，使得氣流中出現(xiàn)渦流區(qū)，由此產(chǎn)生了局部損失。多數(shù)局部阻力的計算還不能從理論上解決，必須借助于由實驗得來的經(jīng)驗公式或系數(shù)。局部阻力一般按下面公式確定：局部阻力系數(shù)也不能從理論上求得，一般用實驗方法確定。在附錄5中列出了部分常見管件的局部阻力系數(shù)。762局部阻力一般情況下，通風(fēng)除塵、空氣調(diào)節(jié)和氣力輸局部阻力在通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中占有較大的比例，在設(shè)計時應(yīng)加以注意。減小局部阻力的著眼點在于防止或推遲氣流與壁面的分離，避免漩渦區(qū)的產(chǎn)生或減小漩渦區(qū)的大小和強(qiáng)度。下面介紹幾種常用的減小局部阻力的措施。減小局部阻力的措施（1）漸擴(kuò)管和漸縮管幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型：１、突變２、漸變

77局部阻力在通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中占有較大的比例，在設(shè)３、轉(zhuǎn)彎處

４、分岔與會合θ2θ3123１３２θ1θ2減小局部阻力的措施78３、轉(zhuǎn)彎處θ2θ3123１３２θ1θ2減小局部阻力的措施18（2）三通圖8-4三通支管和干管的連接79（2）三通圖8-4三通支管和干管的連接19（3）彎管圖8-5圓形風(fēng)管彎頭圖8-6矩形風(fēng)管彎頭圖8-7設(shè)有導(dǎo)流片的直角彎頭（4）管道進(jìn)出口圖8-8風(fēng)管進(jìn)出口阻力80（3）彎管圖8-5圓形風(fēng)管彎頭圖8-6矩形風(fēng)管彎頭圖8-（5）管道和風(fēng)機(jī)的連接圖8-9風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道連接81（5）管道和風(fēng)機(jī)的連接圖8-9風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道連接218.2風(fēng)管內(nèi)的壓力分布8.2.1動壓、靜壓和全壓空氣在風(fēng)管中流動時，由于風(fēng)管阻力和流速變化，空氣的壓力是不斷變化的。研究風(fēng)管內(nèi)壓力的分布規(guī)律，有助于我們正確設(shè)計通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)并使之經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的運行。分析的原理是風(fēng)流的能量方程和靜壓、動壓與全壓的關(guān)系式。

動壓(Pd)

:指空氣流動時產(chǎn)生的壓力，只要風(fēng)管內(nèi)空氣流動就具有一定的動壓，其值永遠(yuǎn)是正的。

靜壓(Pj)

:由于空氣分子不規(guī)則運動而撞擊于管壁上產(chǎn)生的壓力稱為靜壓。計算時，以絕對真空為計算零點的靜壓稱為絕對靜壓。以大氣壓力為零點的靜壓稱為相對靜壓?？照{(diào)中的空氣靜壓均指相對靜壓。靜壓高于大氣壓時為正值，低于大氣壓時為負(fù)值。

828.2風(fēng)管內(nèi)的壓力分布8.2.1動壓、靜壓和全壓8.2風(fēng)管內(nèi)的壓力分布全壓(Pq)

:

全壓是靜壓和動壓的代數(shù)和：Pq＝Pj十Pd

全壓代表l

m3氣體所具有的總能量。若以大氣壓為計算的起點，它可以是正值，亦可以是負(fù)值。

Z2Z112根據(jù)能量守恒定律，可以寫出空氣在管道內(nèi)流動時不同斷面間的能量方程（伯努利方程）。我們可以利用上式對任一通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的壓力分布進(jìn)行分析838.2風(fēng)管內(nèi)的壓力分布全壓(Pq)

:

全壓是靜壓8.2.2風(fēng)管內(nèi)空氣壓力的分布把一套通風(fēng)除塵系統(tǒng)內(nèi)氣流的動壓、靜壓和全壓的變化表示在以相對壓力為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)圖上，就稱為通風(fēng)除塵系統(tǒng)的壓力分布圖。設(shè)有圖8-10所示的通風(fēng)系統(tǒng)，空氣進(jìn)出口都有局部阻力。分析該系統(tǒng)風(fēng)管內(nèi)的壓力分布。848.2.2風(fēng)管內(nèi)空氣壓力的分布把一套通風(fēng)除塵系統(tǒng)內(nèi)8.3通風(fēng)管道的水力計算8.3.1風(fēng)道設(shè)計的內(nèi)容及原則風(fēng)道的水力計算分設(shè)計計算和校核計算兩類。風(fēng)道設(shè)計時必須遵循以下的原則：（1）系統(tǒng)要簡潔、靈活、可靠；便于安裝、調(diào)節(jié)、控制與維修。（2）斷面尺寸要標(biāo)準(zhǔn)化。（3）斷面形狀要與建筑結(jié)構(gòu)相配合，使其完美統(tǒng)一。8.3.2風(fēng)道設(shè)計的方法管水力計算方法有假定流速法、壓損平均法和靜壓復(fù)得法等幾種，目前常用的是假定流速法。858.3通風(fēng)管道的水力計算8.3.1風(fēng)道設(shè)計的內(nèi)容及原8.3.3風(fēng)道設(shè)計的步驟下面以假定流速法為例介紹風(fēng)管水力計算的步驟。（1）繪制通風(fēng)或空調(diào)系統(tǒng)軸測圖（2）確定合理的空氣流速（3）根據(jù)各管段的風(fēng)量和選擇的流速確定各管段的斷面尺寸，計算最不利環(huán)路的摩擦阻力和局部阻力（4）并聯(lián)管路的阻力計算（5）計算系統(tǒng)的總阻力（6）選擇風(fēng)機(jī)868.3.3風(fēng)道設(shè)計的步驟下面以假定流速法為例介紹風(fēng)管水力7l=3.7m風(fēng)機(jī)8l=12m654321910L=5500m3/hL=2700m3/hL=2650m3/hl=4.2ml=5.5ml=5.5ml=6.2m通風(fēng)除塵系統(tǒng)的系統(tǒng)圖[例8-3]l=5.4m除塵器圖8-11所示為某車間的振動篩除塵系統(tǒng)。采用矩形傘形排風(fēng)罩排塵，風(fēng)管用鋼板制作（粗糙度K＝0.15mm），輸送含有鐵礦粉塵的含塵氣體，氣體溫度為20℃。該系統(tǒng)采用CLSΦ800型水膜除塵器，除塵器含塵氣流進(jìn)口尺寸為318mm×552mm，除塵器阻力900Pa。對該系統(tǒng)進(jìn)行水力計算，確定該系統(tǒng)的風(fēng)管斷面尺寸和阻力并選擇風(fēng)機(jī)。877l=3.7m風(fēng)機(jī)8l=12m654321910L=558828892990309131923293339434953596369737983899398.4均勻送風(fēng)管道設(shè)計計算在通風(fēng)、空調(diào)、冷庫、烘房及氣幕裝置中，常常要求把等量的空氣經(jīng)由風(fēng)道側(cè)壁（開有條縫、孔口或短管）均勻的輸送到各個空間，以達(dá)到空間內(nèi)均勻的空氣分布。這種送風(fēng)方式稱為均勻送風(fēng)。均勻送風(fēng)管道通常有以下幾種形式：（1）條縫寬度或孔口面積變化，風(fēng)道斷面不變，如圖8-14所示。圖8-14風(fēng)道斷面F及孔口流量系數(shù)不變，孔口面積變化的均勻吸送風(fēng)吹出吸入從條縫口吹出和吸入的速度分布1008.4均勻送風(fēng)管道設(shè)計計算在通風(fēng)、空調(diào)、冷庫、烘（2）風(fēng)道斷面變化，條縫寬度或孔口面積不變，如圖8-15所示。圖8-15風(fēng)道斷面F變化，孔口流量系數(shù)及孔口面積不變的均勻送風(fēng)（3）風(fēng)道斷面、條縫寬度或孔口面積都不變，如圖8-16所示。風(fēng)道斷面F及孔口面積不變時，管內(nèi)靜壓會不斷增大，可以根據(jù)靜壓變化，在孔口上設(shè)置不同的阻體來改變流量系數(shù)。8.4均勻送風(fēng)管道設(shè)計計算101（2）風(fēng)道斷面變化，條縫寬度或孔口面積不變，如圖8-15所示8.4.1均勻送風(fēng)管道的設(shè)計原理風(fēng)管內(nèi)流動的空氣，在管壁的垂直方向受到氣流靜壓作用，如果在管的側(cè)壁開孔，由于孔口內(nèi)外靜壓差的作用，空氣會在垂直管壁方向從孔口流出。但由于受到原有管內(nèi)軸向流速的影響，其孔口出流方向并非垂直于管壁，而是以合成速度沿風(fēng)管軸線成角的方向流出，如圖8-17所示。ff0vjvdvf0圖8-17孔口出流狀態(tài)圖1028.4.1均勻送風(fēng)管道的設(shè)計原理風(fēng)管內(nèi)流動的空1.出流的實際流速和流向靜壓差產(chǎn)生的流速為：空氣從孔口出流時，它的實際流速和出流方向不僅取決于靜壓產(chǎn)生的流速大小和方向，還受管內(nèi)流速的影響?？卓诔隽鞯膶嶋H速度為二者的合成速度。速度的大小為：利用速度四邊形對角線法則，實際流速的方向與風(fēng)道軸線方向的夾角（出流角）為空氣在風(fēng)管內(nèi)的軸向流速為：8.4.1均勻送風(fēng)管道的設(shè)計原理1031.出流的實際流速和流向靜壓差產(chǎn)生的流速為：空氣從2.孔口出流的風(fēng)量對于孔口出流，流量可表示成：

孔口處平均流速：8.4.1均勻送風(fēng)管道的設(shè)計原理1042.孔口出流的風(fēng)量對于孔口出流，流量可表示成：3.實現(xiàn)均勻送風(fēng)的條件要實現(xiàn)均勻送風(fēng)需要滿足下面兩個基本要求：1）各側(cè)孔或短管的出流風(fēng)量相等；2）出口氣流盡量與管道側(cè)壁垂直，否則盡管風(fēng)量相等也不會均勻。

從式（8-34）可以看出，對側(cè)孔面積保持不變的均勻送風(fēng)管道，要使各側(cè)孔的送風(fēng)量保持相等，必需保證各側(cè)孔的靜壓和流量系數(shù)相等；要使出口氣流盡量保持垂直，要求出流角