通風(fēng)管道的設(shè)計計算

通風(fēng)管道的設(shè)計計算第一頁，共六十五頁，2022年，8月28日本章內(nèi)容提要及重點§1水力計算基礎(chǔ)§2通風(fēng)管路水力計算§3管道內(nèi)的壓力分布§4均勻送風(fēng)管道設(shè)計計算§5通風(fēng)管道設(shè)計中的有關(guān)問題第二頁，共六十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)水力計算基礎(chǔ)本節(jié)重點：摩擦阻力與局部阻力的概念比摩阻的概念與線算圖的使用局部阻力系數(shù)的查詢第三頁，共六十五頁，2022年，8月28日一、摩擦阻力空氣在橫斷面形狀不變的管道內(nèi)流動時的摩擦阻力按下式計算：摩擦阻力或沿程阻力是風(fēng)管內(nèi)空氣流動時，由于空氣本身的粘性及其與管壁間的摩擦而引起的沿程能量損失。對圓形風(fēng)管：第四頁，共六十五頁，2022年，8月28日式中Δ—風(fēng)管內(nèi)壁凸起的高度，mm。

柯式公式不僅適用于紊流過渡區(qū)，而且也適用于紊流光滑管區(qū)和紊流粗糙管區(qū)。

為了避免繁瑣的計算，可根據(jù)式(1)和式(2)制成各種表或線解圖，教材附錄9(P243)就是一種線解圖，可用于計算管道通風(fēng)阻力。

摩擦阻力系數(shù)λ與管內(nèi)的流態(tài)Re和風(fēng)管管壁的粗糙度Δ/D有關(guān)，λ＝f(Re,Δ/D)。

通風(fēng)工程中常用柯列布魯克(Colebrook)公式計算摩擦阻力系數(shù)，柯式公式為第五頁，共六十五頁，2022年，8月28日通風(fēng)管道單位長度摩擦阻力線算圖教材P243流速管徑第六頁，共六十五頁，2022年，8月28日附錄6所示的線解圖，可供計算管道阻力時使用。只要已知流量、管徑、流速、阻力四個參數(shù)中的任意兩個，即可利用該圖求得其余的兩個參數(shù)。第七頁，共六十五頁，2022年，8月28日1、密度和粘度修正Pa/m第八頁，共六十五頁，2022年，8月28日2、空氣溫度和大氣壓力修正Kt和KB

也可直接由圖查得。第九頁，共六十五頁，2022年，8月28日3、管壁粗糙度的修正風(fēng)管材料粗糙度/mm薄鋼板或鍍鋅薄鋼板0.15～0.18塑料板0.01～0.05礦渣石膏板1.0礦渣混凝土板1.5膠合板1.0磚砌體3～6混凝土1～3木板0.2～1.0各種材料的粗糙度Δ當(dāng)風(fēng)管管壁的粗糙度Δ≠0.15mm時，可按下式修正。第十頁，共六十五頁，2022年，8月28日

例：有一通風(fēng)系統(tǒng)，采用薄鋼板圓形風(fēng)管(Δ＝0.15mm)，已知風(fēng)量L＝3600m3/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。

解：查圖，得v＝14m/s，Rm0＝7.7Pa/m。

查圖6-2得，Kt＝0.97。

Rm＝KtRm0＝0.97×7.7＝7.47Pa/m第十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日二、矩形風(fēng)管的摩擦阻力附錄6是按圓形管道得出的，對于矩形管道需先把矩形斷面折算成當(dāng)量直徑。所謂當(dāng)量直徑，是指與矩形風(fēng)管有相同單位長度摩擦阻力的圓形風(fēng)管的直徑，分流速當(dāng)量直徑和流量當(dāng)量直徑。第十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日1.流速當(dāng)量直徑DV2.流量當(dāng)量直徑DL第十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日注意：利用當(dāng)量直徑求矩形風(fēng)管阻力時，要注意其對應(yīng)關(guān)系：采用流速當(dāng)量直徑時，必須用流速去查比摩阻采用流量當(dāng)量直徑時，必須用流量去查比摩阻第十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日三.局部阻力當(dāng)風(fēng)流的方向和斷面大小發(fā)生變化或通過管件設(shè)備時，由于在邊界急劇改變的區(qū)域出現(xiàn)旋渦區(qū)和流速的重新分布而產(chǎn)生的阻力稱為局部阻力。當(dāng)空氣流過斷面變化的管件(如各種變徑管、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)門)都會產(chǎn)生局部阻力。ζ由實驗測定，并整理成經(jīng)驗公式，見附錄10（P244）第十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日突然擴(kuò)大突然縮小漸擴(kuò)管漸縮管附錄10教材P244第十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日傘形罩圓形彎頭矩形彎頭附錄10教材P244第十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日合流三通附錄10教材P244~249F1+F2>F3F1=F3α=30°v3F3v3F3v3F3F1+F2=F3

α=30°F1+F2>F3F1=F3α=30°第十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日如何查詢局部阻力系數(shù)？例1

有一合流三通，如圖所示，已知

L1＝1.17m3/s(4200m3/h)，D1＝500mm，v1＝5.96m/s

L2＝0.78m3/s(2800m3/h)，D2＝250mm，v2＝15.9m/s

L3＝1.94m3/s(7000m3/h)，D3＝560mm，v3＝7.9m/s

分支管中心夾角α＝30°。求此三通的局部阻力。第十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日解：按附錄7(P245)列出的條件，計算下列各值

L2/L3＝0.78/1.94＝0.4

F2/F3＝(D2/D3)2＝(250/560)2＝0.2

經(jīng)計算F1＋F2≈F3

根據(jù)F1＋F2＝F3及L2/L3＝0.4、F2/F3＝0.2查得

支管局部阻力系數(shù)ζ2＝2.7

直管局部阻力系數(shù)ζ1＝－0.73

支管的局部阻力Pa直管的局部阻力Pa第二十頁，共六十五頁，2022年，8月28日為什么局部阻力系數(shù)會出現(xiàn)負(fù)值？兩股氣流在匯合過程中的能量損失一般是不相同的，它們的局部阻力應(yīng)分別計算，對應(yīng)有兩個阻力系數(shù)。

當(dāng)合流三通內(nèi)直管的氣流速度大于支管的氣流速度時，直管會引射支管氣流，即流速大的直管氣流失去能量，流速小的支管氣流得到能量，因而支管的局部阻力有時出現(xiàn)負(fù)值。這稱為引射現(xiàn)象。解決的辦法：盡可能做到各分支管內(nèi)流速相等，防止出現(xiàn)引射現(xiàn)象。第二十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日例2已知L2/L3＝0.2，F(xiàn)2/F3＝0.25

F1＋F2＝F3，α＝30°查ζ1和ζ2ζ1=0.24，ζ2=-0.25思考已知L2/L3＝0.347，F(xiàn)2/F3＝0.34

F1＋F2＝F3，α＝30°如何查ζ1和ζ2？線性插值法第二十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日減小局部阻力的措施(1)避免風(fēng)管斷面的突然變化

用漸縮或漸擴(kuò)管代替突然縮小或突然擴(kuò)大。(2)減少風(fēng)管的轉(zhuǎn)彎數(shù)量，盡可能增大轉(zhuǎn)彎半徑。

圓形風(fēng)管彎頭的曲率半徑一般大于(1～2)倍管徑；矩形風(fēng)管彎頭斷面的長寬比（B/A）愈大，阻力愈小。采用矩形直角彎頭，應(yīng)在其中設(shè)導(dǎo)流片。第二十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日(3)三通匯流要防止出現(xiàn)引射現(xiàn)象。分支管道中心線夾角要盡可能小。一般要求不大于30°。(4)降低管道進(jìn)口和排風(fēng)口的流速氣流進(jìn)入風(fēng)管時，由于產(chǎn)生氣流與管道內(nèi)壁分離和渦流現(xiàn)象造成局部阻力，對于不同的進(jìn)口形式，局部阻力相差較大。氣流從風(fēng)管口排出時，其在排出前所具有的能量全部損失。當(dāng)出口處無阻擋時，此能量損失等于出口動壓，當(dāng)有阻擋(風(fēng)帽、網(wǎng)格、百葉)時，能量損失將大于出口動壓，就是說ζ>1。為了降低出口動壓損失，有時把出口制作成擴(kuò)散角較小的漸擴(kuò)管，ζ＜1。第二十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)風(fēng)管內(nèi)的壓力分布第二十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日單位體積流量的能量方程對于無壓源的水平管道，以管道軸線為基準(zhǔn)面，則有第二十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日壓力坡度圖第二十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日213456789P0第二十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)通風(fēng)管路水力計算第二十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日一.何為通風(fēng)管道的水力計算通風(fēng)管道的水力計算是在系統(tǒng)和設(shè)備布置、風(fēng)管材料、各送排風(fēng)點的位置和風(fēng)量均已確定的基礎(chǔ)上，確定各管段的管徑(或斷面尺寸)和阻力，保證系統(tǒng)內(nèi)達(dá)到要求的風(fēng)量分配，最后確定風(fēng)機(jī)的型號和動力消耗。通風(fēng)管道的水力計算最常用的方法是假定流速法。第三十頁，共六十五頁，2022年，8月28日二.假定流速法的計算步驟繪制通風(fēng)或空調(diào)系統(tǒng)軸測圖，對各管段進(jìn)行編號，標(biāo)注長度和風(fēng)量；選定最不利環(huán)路；確定合理的空氣流速；具體根據(jù)風(fēng)量和流速確定管段的斷面尺寸，計算最不利環(huán)路的摩擦阻力和局部阻力；并聯(lián)管路的阻力平衡；具體計算系統(tǒng)的總阻力；選擇風(fēng)機(jī)。具體第三十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日實例如圖示的通風(fēng)系統(tǒng)。風(fēng)管用鋼板制作，輸送含有輕礦物粉塵的空氣，氣體溫度為常溫。該系統(tǒng)采用脈沖噴吹清灰袋式除塵器，除塵器阻力ΔPc＝1200Pa。對該系統(tǒng)進(jìn)行水力計算，并選擇風(fēng)機(jī)。第三十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日

1、對各管段進(jìn)行編號，標(biāo)出管段長度和各排風(fēng)點的排風(fēng)量。

2、選定最不利環(huán)路，本系統(tǒng)選擇

l—3—5—除塵器－6—風(fēng)機(jī)－7為最不利環(huán)路。

3、根據(jù)各管段的風(fēng)量及選定的流速，確定最不利環(huán)路上各管段的斷面尺寸和單位長度摩擦阻力。

根據(jù)教材表6-4(P159)，輸送含有輕礦物粉塵的空氣時，風(fēng)管內(nèi)最小風(fēng)速為，垂直風(fēng)管12m/s、水平風(fēng)管14m/s?？紤]到除塵器及風(fēng)管漏風(fēng)，取5％的漏風(fēng)系數(shù)，管段6及7的計算風(fēng)量為6300×1.05＝6615m3/h。第三十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日所選管徑按通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)格調(diào)整為：

D1＝200mm；實際流速v1＝13m/s；由附錄6的圖得，Rm1＝12.5Pa/m。

同理可查得管段3、5、6、7的管徑及比摩阻，具體結(jié)果見下表。

4、確定管段2、4的管徑及單位長度摩擦阻力，見下表。

管段1

有水平風(fēng)管，根據(jù)L1=1500m3/h(0.42m3/s)、v1＝14m/s，求出管徑為：m=195mm第三十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日管道水力計算匯總表管流量長度管徑流速動壓局部阻力系數(shù)局部阻力比摩阻摩擦阻力管道阻力115000.421120014117.61.37161.112.5137.5298.6323000.64524014117.6-0.05-5.9126054.1563001.75538014117.60.6171.75.527.599.2666151.8444201286.40.4740.64.51858.6766151.8484201286.40.651.84.53687.828000.22614014117.60.6171.718108179.7440001.11628016153.61.81278.01484362.028000.2213015.9249.7第三十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日5、確定各管段的局部阻力系數(shù)

查通風(fēng)設(shè)計手冊等資料確定局部阻力系數(shù)。

(1)管段1

設(shè)備密閉罩ζ＝1.0

900彎頭(R/D=1.5)一個ζ＝0.17

直流三通(1→3)

根據(jù)F1＋F2≈F3，即0.0283＋0.0154＝0.0437≈0.0452

α＝300

F2/F3＝(140/240)2＝0.34，L2/L3＝800/2300＝0.348查得ζ13＝0.2(使用插值法)

管段1總的局部阻力系數(shù)為

Σζ＝1.0＋0.17＋0.2＝1.37第三十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日

(2)管段2

圓形傘罩α＝600

ζ＝0.09

900彎頭(R/D＝1.5)一個ζ＝0.17

600彎頭(R/D＝1.5)一個ζ＝0.14

合流三通(2→3)ζ23＝0.2

管段2總的局部阻力系數(shù)為

Σζ＝0.09＋0.17＋0.14＋0.2＝0.6第三十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日

(3)管段3

直流三通(3→5)，如圖所示。

F3＋F4＝F5即0.0452＋0.0615＝0.108≈0.113

α＝30°

F4/F5＝(280/380)2＝0.54

L4/L5＝4000/6300＝0.63

ζ35＝－0.05

Σζ＝－0.05

(4)管段4

設(shè)備密閉罩ζ＝1.0

900彎頭(R/D＝1.5)一個ζ＝0.17

合流三通(4→5)ζ45＝0.64

管段4總的局部阻力系數(shù)為

Σζ＝1.0＋0.17＋0.64＝1.81第三十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日

(5)管段5

除塵器進(jìn)口變徑管(漸擴(kuò)管)

除塵器進(jìn)口尺寸300mm×800mm，變徑管長度l＝500mm

tgα=0.5×(800-380)/500＝0.42

α=22.7°

ζ＝0.60

Σζ＝0.60第三十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日

(6)管段6

除塵器出口變徑管(漸縮管)

除塵器出口尺寸300mm×800mm，變徑管長度l＝500mm

tg(α/2)=0.5×(800-420)/500＝0.38α=41.60ζ＝0.10

900彎頭(R/D＝1.5)2個ζ＝2×0.17＝0.34

風(fēng)機(jī)進(jìn)口漸擴(kuò)管

按要求的總風(fēng)量和估計的管網(wǎng)總阻力擬選一臺風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)進(jìn)口直徑D1＝450mm，變徑管長度l＝300mm

F0/F6＝(450/420)2＝1.15

tg(α/2)=0.5×(450-420)/300＝0.05

α=5.70

ζ＝0.02

管段6總的局部阻力系數(shù)為

Σζ＝0.1＋0.34＋0.02＝0.46第四十頁，共六十五頁，2022年，8月28日

(7)管段7

風(fēng)機(jī)出口漸擴(kuò)管

風(fēng)機(jī)出口尺寸360mm×315mmD7＝420mm

F7/F出＝0.138/0.113＝1.22tg(α/2)=0.5×(420-360)/300＝0.1

α=11.40ζ=0.02

帶擴(kuò)散管的傘形風(fēng)帽(h/D0＝0.5)

ζ＝0.6

管段7總的局部阻力系數(shù)為

Σζ＝0.02+0.6=0.62

6、計算各管段的摩擦阻力和局部阻力

計算結(jié)果見表。第四十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日

7、對并聯(lián)管路進(jìn)行阻力平衡

(1)匯合點A

ΔP1＝334PaΔP2=181.6Pa為了使管段1、2達(dá)到阻力平衡，改變管段2的管徑，增大其阻力。減小管段2的管徑為mm根據(jù)通風(fēng)管道統(tǒng)一規(guī)格，取D2″＝120mm，此時的阻力Pa第四十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日滿足平衡條件，取D2＝120mm，其對應(yīng)的阻力360.3Pa。

(2)匯合點B

ΔP1＋ΔP3＝334＋54＝442Pa

ΔP4＝435.9Pa滿足平衡條件，管路1、3處于平衡。第四十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日

8、計算系統(tǒng)的總阻力

按管路1—3—5—除塵器－6—風(fēng)機(jī)－7進(jìn)行計算

ΔP＝ΔP1＋ΔP3＋ΔP5＋ΔPc＋ΔP6＋ΔP7

ΔP＝334＋54＋112.9＋1200＋66.8＋101.8＝1870Pa

9、選擇風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)風(fēng)量Lf＝1.15L＝1.15×6615＝7607m3/h=2.11m3/s風(fēng)機(jī)風(fēng)壓Pf＝1.15ΔP＝1.15×1870＝2151Pa＝2.151kPa

管網(wǎng)阻抗K＝Pf/Lf2＝2.151/2.112＝0.483管網(wǎng)特性方程ΔP＝0.483L2第四十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日從風(fēng)機(jī)產(chǎn)品目錄中選用離心排塵通風(fēng)機(jī)。工況點風(fēng)壓為2.25kPa，風(fēng)量為2.11m3/s，全壓效率為88%。

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)n＝2800r/min，配用Y132S2-2型電動機(jī)，功率7.5kW。第四十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日第四節(jié)均勻送風(fēng)管道設(shè)計計算第四十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日一.設(shè)計的原理第四十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日孔口面積上的平均流速可以按下式計算：孔口流出的風(fēng)量：第四十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日風(fēng)口的流速分布如圖：（矩形送風(fēng)管斷面不變，采用等條縫口送（排）風(fēng)）要實現(xiàn)均勻送風(fēng)可采取的措施：（如圖）

1、設(shè)阻體；

2、改變斷面積；

3、改變送風(fēng)口斷面積；

4、增大F，減小f0。第四十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日第五十頁，共六十五頁，2022年，8月28日二.實現(xiàn)均勻送風(fēng)的條件1.保持各側(cè)孔靜壓相等；即保持兩側(cè)孔靜壓相等的條件是：兩側(cè)孔的動壓降等于兩側(cè)孔間的阻力。第五十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日2.保持各側(cè)孔流量系數(shù)相等；μ與孔口形狀、流角α以及L0/L=有關(guān)，在范圍內(nèi)，μ≈0.6。第五十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日3.增大出流角α。保持α≥60°，接近90°。必須使要求較高時，可在孔口處安裝垂直于側(cè)壁的擋板，或把孔口改成短管。第五十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日三.局部阻力系數(shù)和流量系數(shù)通常把側(cè)孔送風(fēng)的均勻管道看作是支管長度為0的三通，局部阻力包含兩部分：直通部分局部阻力和側(cè)孔出流的局部阻力。側(cè)孔流量系數(shù)μ=0.6~0.65；直流三通局部阻力系數(shù)：由L0