工業(yè)有害物防治與通風(fēng)基礎(chǔ)理論

通風(fēng)風(fēng)流基礎(chǔ)理論

及空氣參數(shù)計算通風(fēng)風(fēng)流基礎(chǔ)理論及空氣參數(shù)計算通風(fēng)風(fēng)流基礎(chǔ)理論

及空氣參數(shù)計算通風(fēng)風(fēng)流基礎(chǔ)理論及空氣參數(shù)計1主要內(nèi)容風(fēng)壓計算及測試通風(fēng)基礎(chǔ)理論干濕空氣密度計算連續(xù)方程及風(fēng)速測定能量方程及應(yīng)用通風(fēng)阻力及計算主要內(nèi)容風(fēng)壓計算及測試通風(fēng)基礎(chǔ)理論干濕空氣密度計算連續(xù)方程及2風(fēng)流理論與參數(shù)計算本部分主要討論以下問題：1、干、濕空氣密度的計算；2、風(fēng)壓(靜壓、動壓和全壓)的計算及測定；3、通風(fēng)連續(xù)方程及其應(yīng)用；4、通風(fēng)風(fēng)流型式、風(fēng)流結(jié)構(gòu)及風(fēng)速分布與風(fēng)速測定；5、通風(fēng)能量方程及其應(yīng)用；6、（通風(fēng)阻力及其計算）。風(fēng)流理論與參數(shù)計算本部分主要討論以下問題：3通風(fēng)風(fēng)流基礎(chǔ)理論及空氣參數(shù)計算§2.1通風(fēng)空氣參數(shù)§2.2風(fēng)流流動特性§2.3空氣流動過程的基本方程§2.4風(fēng)流參數(shù)的測定通風(fēng)風(fēng)流基礎(chǔ)理論及空氣參數(shù)計算§2.1通風(fēng)空氣參數(shù)§2.4一、干、濕空氣密度的計算密度定義式：單位體積空氣所具有的質(zhì)量。kg/m3，用符號ρ表示：式中M—空氣的質(zhì)量，kg；V—空氣的體積，m3。空氣密度隨空氣壓力、溫度及濕度而變化。實際空氣密度計算式由氣態(tài)方程求得。§2.1通風(fēng)空氣參數(shù)一、干、濕空氣密度的計算密度定義式：單位體積空氣所具有的質(zhì)量5一、干、濕空氣密度的計算氣態(tài)方程：式中ρ—干空氣實際密度，kg/m3；ρ0—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)干空氣的密度，kg/m3；P、P0—分別為實際狀態(tài)及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣壓力，千帕（kpa）；T、T0—分別為實際狀態(tài)及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的熱力學(xué)溫度，K。一、干、濕空氣密度的計算氣態(tài)方程：6一、干、濕空氣密度的計算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：T0=273K，P0=101.3kPa,干空氣密度ρ0=1.293kg/m3。干空氣密度計算式：注意！式中P為空氣的絕對壓力，單位為kPa；T為空氣的熱力學(xué)溫度（K），T=273+t,t為空氣的攝氏溫度（℃）。一、干、濕空氣密度的計算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)7干、濕空氣密度的計算濕空氣：濕空氣壓力等于干空氣分壓與水蒸汽分壓之和。干空氣P水蒸氣干空氣濕空氣P干空氣PdPs道爾頓分壓定律:P=Pd+Ps,Ps=ψPb干、濕空氣密度的計算濕空氣：濕空氣壓力等于干空氣分壓與水蒸汽8一、干、濕空氣密度的計算根據(jù)道爾頓分壓定律即可推導(dǎo)出濕空氣密度計算式：式中ρw—濕空氣密度,kg/m3；ψ—空氣相對濕度，%；Pb—飽和水蒸汽壓力，kPa一、干、濕空氣密度的計算根據(jù)道爾頓分壓定律即可推導(dǎo)出濕空氣密9二、空氣壓力—靜壓風(fēng)壓：通風(fēng)中空氣壓力也叫風(fēng)流壓力（簡稱為風(fēng)壓），它是表示運動空氣所具有的能量,它包括靜壓、動壓和全壓。靜壓：氣體分子對容器壁所施加的壓力?；拘再|(zhì)：靜壓總是垂直并指向作用面；靜壓各向同值。表示形式：絕對靜壓—以絕對零壓作為基準(zhǔn)的靜壓,用Pk表示；相對靜壓—以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫榛鶞?zhǔn)的靜壓,用Pr表示。二、空氣壓力—靜壓風(fēng)壓：通風(fēng)中空氣壓力也叫風(fēng)流壓力（簡稱為風(fēng)10二、空氣壓力—靜壓絕對靜壓和相對靜壓的關(guān)系：關(guān)系式:Ｐr=Ｐk-Ｐ0

絕對真空當(dāng)?shù)卮髿鈮篜kPrP0二、空氣壓力—靜壓絕對靜壓和相對靜壓的關(guān)系：絕對真空當(dāng)?shù)卮髿?1二、空氣壓力—靜壓不同標(biāo)高靜壓計算：流體力學(xué)歐拉方程:

dp=ρgdz

積分即得靜壓計算式：P=P0-ρgz

式中z—相對于基準(zhǔn)的高度,m；p0—z=0基準(zhǔn)處的空氣靜壓,Pa(N/m2)；p—高度為z處的空氣靜壓，Pa(N/m2)；ρ—空氣密度，kg/m3；g—重力加速度，m/s2。二、空氣壓力—靜壓不同標(biāo)高靜壓計算：流體力學(xué)歐拉方程:12二、空氣壓力—靜壓

可壓縮空氣密度：近似按等溫過程處理，即多變指數(shù)n=1，由氣態(tài)方程（P=ρRT）和歐拉方程得：式中T——空氣的熱力學(xué)溫度，K；R——空氣的氣體常數(shù)，R=287J/kg·K。簡化計算式：展開成級數(shù)，略去高項。二、空氣壓力—靜壓可壓縮空氣密度：近似按等溫過程處理，即多13二、空氣壓力—動壓，全壓動壓：動壓—單位體積風(fēng)流運動所具有的動能。它恒為正，具有方向性，它的方向就是風(fēng)流運動的方向。單位體積空氣的質(zhì)量為ρ（kg/m3），風(fēng)流速度為υ(m/s)，由動能公式即得風(fēng)流動壓Hu(Pa)計算式：

Hu=ρυ2/2全壓：全壓Pt等于靜壓Ps與動壓Hu之和，即

Pt=Ps+Hu

二、空氣壓力—動壓，全壓動壓：14空氣壓力—動壓、靜壓、全壓關(guān)系空氣壓力—動壓、靜壓、全壓關(guān)系15空氣壓力—動壓、靜壓、全壓關(guān)系空氣壓力—動壓、靜壓、全壓關(guān)系16空氣壓力—單位空氣壓力的國際單位為帕（Pa）、牛頓/米2（N/m2）。1Pa=1N/m2。我國法定計量單位制規(guī)定，空氣壓力（壓強）的單位為帕。帕（Pa）單位比較小，還可用百帕（hPa）、千帕（kPa）表示1hPa=100Pa；1kPa=1000Pa?？諝鈮毫Α獑挝豢諝鈮毫Φ膰H單位為帕（Pa）、牛頓/米2（N17空氣壓力—測定分為：空氣絕對壓力測定空氣相對壓力測定空氣壓力—測定分為：18三、粘度粘度：表示空氣粘性大小的指標(biāo)，分為動力粘度和運動粘度。動力粘度：一般用μ表示,其單位為N·S/m2(Pa·s),受氣溫影響,與壓力無關(guān)。運動粘度：一般用υ表示，其單位為m2/s，受溫度和壓力影響。μ與υ之間的關(guān)系：υ=μ/ρ，其中ρ為空氣的密度（kg/m3）。計算中,υ和μ可直接通過查表獲得。三、粘度粘度：表示空氣粘性大小的指標(biāo)，分為動力粘度和19流態(tài)判據(jù)：雷諾數(shù)Re，當(dāng)Re>2300時為紊流，反之為層流。Re值計算式：Ｕm—流道流體平均速度，m/s;

ν—空氣運動粘度，m2/s;D—流道直徑，m。非圓流道：用等效直徑De=4S/Px取代直徑D。其中S為流道的斷面積（m2），Px為流道斷面周長（m）。一、風(fēng)流流態(tài)§2.2風(fēng)流流動特性流態(tài)判據(jù)：雷諾數(shù)Re，當(dāng)Re>2300時為紊流，反之為層流。20二、風(fēng)流型式及風(fēng)速管道的體積風(fēng)量：Q=∫suidsui—管道橫斷面上任一點的風(fēng)速，m/s;S—管道橫斷面積，m2;Q—管道橫斷面上通過的體積風(fēng)量，m3/s。二、風(fēng)流型式及風(fēng)速管道的體積風(fēng)量：21風(fēng)流型式及風(fēng)速—射流分為自由射流和有限射流風(fēng)流型式及風(fēng)速—射流分為自由射流和有限射流22風(fēng)流型式及風(fēng)速—射流自由射流風(fēng)流結(jié)構(gòu)主要參數(shù):擴張角θ和射流邊界層寬度R,它們的計算式為:tg(θ/2)=3.4a

R=Xtg(θ/2)=3.4aXa—射流風(fēng)流結(jié)構(gòu)系數(shù),圓管a=0.06～0.08;X—離射流極點的距離。射流體風(fēng)速分布：un—射流體軸線的風(fēng)速，m/s;ur—射流體內(nèi)距軸線r距離處的風(fēng)速,m/s。風(fēng)流型式及風(fēng)速—射流自由射流風(fēng)流結(jié)構(gòu)主要參數(shù):擴張角θ和射23風(fēng)流型式及風(fēng)速—匯流分自由匯流(如空間點匯)和有限匯流(如實際風(fēng)筒入口的匯流)。空間點匯風(fēng)速計算：Q——匯流體積風(fēng)量，m3/s；r——距點匯的距離，m；ｕr——r點處的風(fēng)速，m/s。風(fēng)速與距離r的平方成反比,即距離增大,風(fēng)速激劇降低。r風(fēng)流型式及風(fēng)速—匯流分自由匯流(如空間點匯)和有限匯流(如實24一、連續(xù)方程計算

流體力學(xué)連續(xù)方程:

一維流道：

∫sρuds=常數(shù)穩(wěn)定一維流動，流經(jīng)流道各斷面的空氣質(zhì)量相等。平均速度Um：

§2.3空氣流動過程的基本方程一、連續(xù)方程計算流體力學(xué)連續(xù)方程:§2.3空氣流動過程25一、連續(xù)方程計算一維流道風(fēng)流質(zhì)量連續(xù)方程：

Um1S1ρ1=Um2S2ρ2

式中Um1、Um2——流道1、2斷面的平均風(fēng)速，m/s；S1、S2——流道1、2斷面的斷面積，m2；ρ1、ρ2——流道1、2斷面的空氣密度，kg/m3。等密度：即ρ1=ρ2時：

Um1S1=Um2S2

一、連續(xù)方程26一、連續(xù)方程計算多支管(巷)道連續(xù)方程：節(jié)點分析法原理：流入、流出節(jié)點的質(zhì)量流量的代數(shù)和為零。

式中下標(biāo)i表示節(jié)點處的第i分支；n表示節(jié)點處總的分支數(shù)；“±”表示風(fēng)流的流動方向。一、連續(xù)方程計算多支管(巷)道連續(xù)方程：27二、能量方程能量方程是風(fēng)流運動中能量守恒的數(shù)學(xué)表達(dá)式。流體運動所具有的能量包括內(nèi)能U和機械能E，而機械能包括流體的靜壓能P，動壓能ρυ2/2和位勢能Zρg，即E=P+Zρg+ρυ2/2如圖所示的流體微束，流體從斷面1運動到斷面2的過程，由于與外界發(fā)生熱交換及對外界做功，其能量就要發(fā)生變化。二、能量方程能量方程是風(fēng)流運動中能量守恒的數(shù)學(xué)表達(dá)式。28二、能量方程二、能量方程29二、能量方程根據(jù)熱力學(xué)第一定律有（U1+E1）-（U2+E2）=q+hU1、U2——分別為斷面1、2流體的內(nèi)能；E1、E2——分別為斷面l、2流體的機械能；q——流體與外界交換的熱量；h——流體對外界所做的功。對于絕熱過程q=0；對于等溫過程U1=U2。則不可壓縮流體絕熱、等溫的穩(wěn)定流動過程的能量方程為：二、能量方程根據(jù)熱力學(xué)第一定律有30二、能量方程應(yīng)用有風(fēng)機能量方程：

水平管道，進口與出口均為大氣壓時，風(fēng)機風(fēng)壓H與風(fēng)流阻力h12之間的計算式：

H=ρυ2

2/2+h12

二、能量方程應(yīng)用有風(fēng)機能量方程：31一、空氣壓力—測定絕對壓力：水銀氣壓計空盒氣壓計水銀氣壓計§2.4風(fēng)流參數(shù)的測定一、空氣壓力—測定絕對壓力：水銀氣壓計§2.4風(fēng)流參數(shù)32空氣壓力—測定水銀氣壓計空盒氣壓計空氣壓力—測定水銀氣壓計空盒氣壓計33空氣壓力—測定空盒氣壓計空氣壓力—測定空盒氣壓計34空氣壓力—測定相對壓力測定方法：U型壓力計傾斜壓力計補償微壓計壓力傳感器型直讀壓力計空氣壓力—測定相對壓力測定方法：35空氣壓力—測定U型壓力計空氣壓力—測定U型壓力計36空氣壓力—測定

原理P=ρg（h1+h2）=ρg（1+F2/F1）h2=ρg（1+F2/F1）Lsinα=KρgLK—儀器校正系數(shù)；單管傾斜壓力計原理L—傾斜管的始末讀數(shù)差，mm；ρ—液體的密度，kg/m3空氣壓力—測定原理單管傾斜壓力計原理L37空氣壓力—測定補償式微壓計空氣壓力—測定補償式微壓計38空氣壓力—測定補償式微壓計空氣壓力—測定補償式微壓計39空氣壓力—測定補償式微壓計空氣壓力—測定補償式微壓計40二、風(fēng)速測定方法二、風(fēng)速測定方法41風(fēng)速測定方法—機械風(fēng)表類型：杯式和翼式兩種。風(fēng)速測定方法—機械風(fēng)表類型：杯式和翼式兩種。42風(fēng)速測定方法—機械風(fēng)表輕便型磁感風(fēng)向風(fēng)速表數(shù)字風(fēng)速表

風(fēng)速測定方法—機械風(fēng)表輕便型磁感風(fēng)向風(fēng)速表數(shù)字風(fēng)速表43風(fēng)速測定—機械風(fēng)表杯式：用于>10m/s的高風(fēng)速測定；翼式：用于0.1～10m/s的中等風(fēng)速測定，高敏度翼式風(fēng)表可測定0.1～0.5m/s的低風(fēng)速。測定計算：風(fēng)表指示表速N（轉(zhuǎn)/s或m/s）

N=(Nt