1、第三節 管道阻力 空氣在風管內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生的阻力稱為摩擦阻力；另一是空氣流經管道中的管件時(如三通、彎頭等)，流速的大小和方向發生變化，由此產生的局部渦流所引起的阻力，稱為局部阻力。 一、摩擦阻力根據流體力學原理，空氣在管道內流動時，單位長度管道的摩擦阻力按下式計算：(53)式中 Rm單位長度摩擦阻力，Pam； 風管內空氣的平均流速，ms； 空氣的密度，kgm3； 摩擦阻力系數； Rs風管的水力半徑，m。對圓形風管：(54)式中 D風管直徑，m。對矩形風管(55)式中 a，b矩形風管的邊長，m。因此，圓形風管的單

2、位長度摩擦阻力(56)摩擦阻力系數與空氣在風管內的流動狀態和風管內壁的粗糙度有關。計算摩擦阻力系數的公式很多，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：(57)式中 K風管內壁粗糙度，mm； Re雷諾數。(58)式中 風管內空氣流速，ms； d風管內徑，m； 運動黏度，m2s。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52是計算圓形鋼板風管的線解圖。它是在氣體壓力B1013kPa、溫度t=20、管壁粗糙度K015mm等條件下得出的。經核算，按此圖查得的Rm值與全國通用通風管道計算表查得的d值算出的Rm值基本一致，其誤差已可滿足工程設計的

3、需要。只要已知風量、管徑、流速、單位摩擦阻力4個參數中的任意兩個，即可利用該圖求得其余兩個參數，計算很方便。 圖52 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L2400m3h，流速16ms，管壁粗糙度K015mm，求該風管直徑d及風管摩擦阻力R。解 利用線解圖52，在縱坐標上找到風量L2400m3h，從這點向右做垂線，與流速16ms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d230mm。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Rm135Pam。該段風管摩擦阻力為：RRml135×10Pa135Pa無論

4、是按照全國通用通風管道計算表，還是按圖52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。值進行修正，修正公式如下： (59)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，Pa； Kt摩擦阻力溫度修正系數，如圖53所示。  圖53 摩擦阻力溫度修正系數 鋼板制的風管內壁粗糙度K值一般為015mm。當實際使用的鋼板制風管，其內壁粗糙度K值與制圖表數值有較大出入時，由計算圖表查得的單位摩擦阻力Rm值乘以表53中相應的粗糙度修正系數。表中為風管內空氣流速。 表53 管壁粗糙度修正系數

5、60;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50gm3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：流量不改變時產生的局部阻力，如空氣通過彎頭、漸擴管、漸縮管等；流量改變時所產生的局部阻力，如空氣通過三通等。局部阻力可按下式計算：(510)式中 Z局部阻力，Pa； 局部阻力系數，見表54； 空氣流速，ms； 空氣密度，kgm3。上式表明，局部阻力與

6、其中流速的平方成正比。局部阻力系數通常都是通過實驗確定的。可以從有關采暖通風手冊中查得。表54列出了部分管道部件的局部阻力系數值。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54 常見管件局部阻力系數  下面通過分析幾種常見管件產生局部阻力的原因，提出減少局部阻力的辦法。1三通圖54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生碰撞，以及氣流速度改變時形成渦流是產生局部阻力的原因。三通局部阻力

7、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54 合流三通中氣流流動狀態 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。為了避免出現引射現象，應盡可能使總管和分支管的氣流速度相等，即按31=2來確定總管和分支管的斷面積。這樣，風管斷面積的關系為：F3F1+F2。2彎頭當氣流流過彎頭時(見圖55)，由于氣流與管壁的沖擊，產生了渦流區；又由于氣流的慣性，使邊界層脫離內壁，產生了渦流區。兩個渦流區的存

8、在，使管道中心處的氣流速度要比管壁附近大，因而產生了旋轉氣流。渦流區的產生和氣流的旋轉都是造成局部阻力的原因。 圖55 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的渦流區和旋轉運動減弱。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12倍。在任何情況下，都不宜采用90°的“”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管件時，斷面和流速發生變化，使氣流脫離管壁，形成渦流區而造成的。圖56是漸擴管中氣流的流動狀況， 圖56 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

9、流區越大，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，緩和流速分布的變化，使渦流區范圍縮小。通常中心角。不宜超過45°。 三、系統阻力整個通風除塵系統的阻力稱為系統阻力，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57所示為一簡單通風系統，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，系統僅有摩擦阻力。 圖57 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，空氣由靜止狀態變為運動狀態。因為風

10、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流至點月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，Pam； l1從點A至點B的風管長度，m。由式(511)可以看出，當風管內空氣流速不變時，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)把以上各點的數值在圖上標出，并連成直線，即可繪出壓力分布圖。如圖57所示。風機產生的風壓Hf等于風機進、出口的全壓差，即從風管壓力分布圖和計算結果可以給人們以下啟示。風機產生的風壓等于風管的阻力及出口動壓損失之和，亦即等于系統阻力。換句話說，系統的阻力是由風機產