通風(fēng)管道系統(tǒng)的設(shè)計計算

第一節(jié)風(fēng)管內(nèi)氣體流動的流態(tài)和阻力第二節(jié)風(fēng)管內(nèi)的壓力分布第三節(jié)通風(fēng)管道的水力計算第四節(jié)通風(fēng)管道設(shè)計中的常見問題及其處理措施第三章防排煙系統(tǒng)的管道計算1空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)3風(fēng)機1新風(fēng)口室外大氣2進氣處理設(shè)備4風(fēng)管5送風(fēng)口室內(nèi)如圖，在風(fēng)機3的動力作用下，室外空氣進入新風(fēng)口1，經(jīng)進氣處理設(shè)備2處理后達到衛(wèi)生標準或工藝要求后，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)。2第一節(jié)管道內(nèi)氣體流動的流態(tài)和阻力一、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)通常用下式表示：3v——風(fēng)速（m/s）；D——風(fēng)道直徑或當(dāng)量直徑（m）；—空氣的運動粘度（m2/s）。Re＜2000時，流體處于層流狀態(tài)；2000＜Re＜4000時，流體處于過度區(qū)；當(dāng)雷諾數(shù)大于4000時，處于紊流區(qū)4二、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51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：

F——管道的截面積（m2）；X——濕周，對于通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)即是其管道截面的周長（m）。管道的水力半徑λ——摩擦阻力系數(shù)6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：（1）圓形風(fēng)管的沿程阻力計算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)圖摩擦阻力系數(shù)λ隨雷諾數(shù)和相對粗糙度的變化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。9附錄1通風(fēng)管道單位長度摩擦阻力線算圖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)。

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)進行修正。1）密度和粘度的修正3）管壁粗糙度的修正Kr----管壁粗糙度修正系數(shù)112）空氣溫度和大氣壓力的修正溫度修正系數(shù)

大氣壓力修正系數(shù)

12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。[例6-1]已之流量1m3/s,D=300mm,查附錄1得

查圖5－2得，K＝0．9713

表6-1管道內(nèi)表面的粗糙度修正系數(shù)Kr

粗

糙

程

度管

壁

材

料

速度/（m/s）5101520特別粗糙金屬軟管1.71.81.851.9中等粗糙混凝土管1.31.351.351.37特別光塑料管0.920.850.830.80管道材料粗糙度/mm管道材料粗糙度/mm薄鋼板、鍍鋅薄鋼板0.15~0.18地面沿墻砌造風(fēng)道3~6塑料板0.01~0.05混凝土板1~3礦渣1.0表面光滑的磚風(fēng)道3~4石膏板剛性玻璃纖維0.9墻內(nèi)磚砌風(fēng)道5~10鐵絲網(wǎng)抹灰風(fēng)道10~15礦渣混凝土板1.5木板0.2~1.0膠合板1.0鋁板0.03竹風(fēng)道0.8~1.2表6-2各種材料制作的管道內(nèi)表面的粗糙度142.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151）流速當(dāng)量直徑如果某一圓形管道中的空氣流速與矩形管道中的空氣流速相等，并且兩者的單位長度摩擦阻力也相等，則該圓形管道的直徑就稱為此矩形管道的流速當(dāng)量直徑，以表示Dv圓形管道的水力半徑矩形管道的水力半徑令則即162)流量當(dāng)量直徑如果某一圓形管道中的空氣流量與矩形管道的空氣流量相等，并且單位長度摩擦阻力也相等，則該圓形管道的直徑就稱為此矩形管道的流量當(dāng)量直徑，以DL表示171）用流速當(dāng)量直徑求矩形管道的單位長度摩擦阻力。

矩形管道內(nèi)空氣流速有一薄鋼板矩形管道，斷面尺寸500mmx320mm，流量0.75m3/s，求單位長度摩擦阻力

[例6-2]

矩形管道的流速當(dāng)量直徑、根據(jù)v=4.69m/s，DV=390mm,由附錄4查得矩形管道的單位長度摩擦阻力Rm=0.63Pa/m。18由V=4.69m/s、Dv=390mm查圖得Rm0=0.63Pa/m2001.00.010.11004004000管徑4035180流速3044450.63Rm(Pa/m)空氣量m3/s45019根據(jù)L=0.75m3/s,DL=434mm,由附錄4查得RM=0.63Pa/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3044750.63RmPa/m空氣量m3/s202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。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)。21當(dāng)空氣流過斷面變化的管件(如各種變徑管、管道進出口、閥門)、流向變化的管件（彎頭)和流量變化的管件(如三通、四通、管道的側(cè)面送、吸風(fēng)口)都會產(chǎn)生局部阻力

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

式中——局部阻力系數(shù)。

22（1）漸擴管和漸擴管幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型：１、突變２、漸變

23３、轉(zhuǎn)彎處

４、分岔與會合θ2θ3123１３２θ1θ224（2）三通圖三通支管和干管的連接25（3）彎管圖圓形風(fēng)管彎頭圖矩形風(fēng)管彎頭圖設(shè)有導(dǎo)流片的直角彎頭（4）管道進出口圖風(fēng)管進出口阻力26（5）管道和風(fēng)機的連接圖風(fēng)機進出口管道連接27[例6-3]有一合流三通，如圖5-11所示，已知分支管中心夾角，求此三通的局部阻力。分支管中心夾角，求此三同的局部阻力。28[解]按附錄2列出的條件，計算以下各值

經(jīng)計算，根據(jù)查得：支管局部阻力系數(shù)

直管局部阻力系數(shù)

支管的局部阻力

直管的局部阻力

29第二節(jié)風(fēng)管內(nèi)的壓力分布一、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。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)的壓力分布進行分析30二、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的坐標圖上，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)，空氣進出口都有局部阻力。分析該系統(tǒng)風(fēng)管內(nèi)的壓力分布。31（l）吸入管段32

（2）壓出管段33第三節(jié)通風(fēng)管道的水力計算一、風(fēng)道設(shè)計的內(nèi)容及原則風(fēng)道的水利計算分設(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）斷面尺寸要標準化。（3）斷面形狀要與建筑結(jié)構(gòu)相配合，使其完美統(tǒng)一。二、風(fēng)道設(shè)計的方法風(fēng)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。

假定流速法，先按照技術(shù)經(jīng)濟要求選定風(fēng)管的流速，再根據(jù)風(fēng)管的風(fēng)量的斷面尺寸和阻力，然后對各之路的壓力損失進行調(diào)整，使其平衡。34三、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35（4）并聯(lián)管路的阻力計算l）調(diào)整支管管徑2）增大風(fēng)量3）增加支管局部壓力損失按照分支節(jié)點阻力平衡的原則確定并聯(lián)管路的斷面尺寸，要求兩分支管的阻力不平衡率；對一般的通風(fēng)系統(tǒng)，應(yīng)小于15%；36（6）選擇風(fēng)機Lf——風(fēng)機的風(fēng)量（m3/h）；KL——風(fēng)量附加系數(shù)，一般的送排風(fēng)系統(tǒng)KL=1.1；L——系統(tǒng)的總風(fēng)量（m3/h）。pf——風(fēng)機的風(fēng)壓（Pa）；Kp——風(fēng)壓附加系數(shù)，一般的送排風(fēng)系統(tǒng)Kp=1.1~1.5；——系統(tǒng)的總阻力（Pa）；37風(fēng)機選擇時需要注意的有關(guān)問題：1）根據(jù)輸送氣體性質(zhì)、系統(tǒng)的風(fēng)量和阻力確定風(fēng)機的類型。2）對風(fēng)機樣本或設(shè)計手冊上的性能參數(shù)是在標準狀態(tài)（大氣壓力為101.325kPa，溫度為200，相對濕度為50％）下得出的。當(dāng)實際使用情況不是標準狀態(tài)時，風(fēng)機的實際性能會發(fā)生變化。38【例5－4】一直流式空調(diào)系統(tǒng)如圖5－13所示（設(shè)計中一般繪制為單線圖），已知每個風(fēng)口的風(fēng)量為1500m3/h，空氣處理裝置的阻力（過濾器50Pa，表冷器150Pa，加熱器70Pa，空氣進、出口及箱體內(nèi)附加阻力35Pa）為；空調(diào)房間內(nèi)的正壓為10Pa，管道材料為鍍鋅鋼板。設(shè)計空氣管道尺寸并計算風(fēng)機所需的風(fēng)壓。39A—百葉風(fēng)口；B—多葉調(diào)節(jié)閥；C—多葉調(diào)節(jié)閥；D—百葉風(fēng)口；F—通風(fēng)機；AHU—空氣處理器40解：（1）根據(jù)圖5-13所示的管道布置及各管段的長度，確定計算的最不利管路為1－2－3－4—5—6（2）根據(jù)各管段的風(fēng)量及選定的流速確定各管段的斷面尺寸并計算該管段的摩擦阻力和局部阻力如下：管段1－2：摩擦阻力計算：取管內(nèi)流速v1-2=4.0m/s，則管道斷面應(yīng)為：

取斷面尺寸