1、第四章防排煙系統的管路設計計算主要內容o管道設計基礎知識o沿程阻力o局部阻力o管道內的壓力分布o通風管道的設計計算管道設計基礎知識o通風管道的基本概念o基本術語o流動阻力及其形式通風管道的基本概念o把符合衛生標準的新鮮空氣輸送到室內各需要地點，把室內局部地區或設備散發的污濁、有害氣體排送室外或經凈化處理后排送室外的管道。n通風除塵：排風n空調：送風通風管道的基本概念o按空氣流速不同n低速管道：流速 15m/s或靜壓400Pan高速管道o斷面的幾何形式n圓形n非圓形通風管道的基本概念o管段：具有一定長度的、并保持摩擦阻力系數和流速及斷面幾何形狀不變的風道。o管道計算的任務n設計計算：已知通風系統

2、和通風量，確定管道的斷面尺寸和阻力，選擇合適的風機和電動機的功率。n校核計算：驗證已有系統是否符合要求。基本術語o流量n體積流量：n質量流量：hmVALsmVAL/3600/33hkgVAMskgVALM/3600/基本術語o流速VAdAuALVA基本術語o濕周：流體的過流面積的周界與管道壁面相接處的那部分長度，用 表示。（單位：m）基本術語o水力半徑：水力要素過流面積與濕周之比。 （單位：m）n過流面積一定，濕周小，流動阻力小，水力半徑大。n濕周一定，過流面積大，流動阻力小，水力半徑大。ARs基本術語o靜壓：靜止流體作用于管道壁面的總壓力。n帕：N/m2n工程單位：kg f/m2n液柱的高度

3、：m H2O、mmHgo對于靜止流體，有：（流體容重）gPhj/自由表面上的壓強:00PhPPj基本術語o動壓：迫使流體由靜至動向前加速運動的動壓力。gVVPd22122基本術語o全壓：動壓與靜壓之和。n物理意義：一定數量的流體壓力與該流體所含的能量成正比。n水力學意義：表示總水頭。gVPPjq22基本術語表示理想總水頭線。表示實際總水頭線。表示測壓管水頭線。表示管道軸線。表示基準線或基準面。基本術語o沿程阻力與沿程損失： 阻礙空氣沿著管段長度方向上的運動的力，稱之為沿程阻力 或沿程摩阻。空氣因克服沿程阻力所引起的能量損失稱之為沿程損失。o當阻礙流體運動的力發生在流體中的某一個局部地區時，稱之

4、為局部阻力。流體因克服局部阻力所引起的能量損失，稱之為局部損失。基本術語o在通風與空氣調節工程中，為了便于分析和計算，通常根據流體運動管段壁面是否沿程發生變化，把能量損失分成兩類：即沿程損失和局部損失。因此整個通風或空調系統中的能量損失應是沿程損失和局部損失之和。即dlgPPP沿程阻力o沿程阻力計算基本公式o圓形管道的沿程阻力o其它形式的管道o影響沿程阻力損失的因素沿程阻力計算基本公式lvRPsl242計算的關鍵在于確定沿程摩擦阻力系數計算的關鍵在于確定沿程摩擦阻力系數！沿程阻力計算基本公式o絕對粗糙度：壁面表面凸起的峰頂和下凹的谷底的高差。lvRPsl242沿程阻力計算基本公式o尼古拉茲實驗

5、沿程阻力計算基本公式沿程阻力計算基本公式I區為層流區層流區。這個區的Re2000(即lgRe3.36)，所有的KD實驗點都落在直線I上，即 64Re。 沿程阻力計算基本公式 區為過渡區過渡區。這個區又可以分成三個小區(分成三段摩擦阻力曲線)。 a小區，由層流到湍流的過渡段，又稱臨界過渡區。這個區的Re在2000-4000(即1gRe3.36-3.6)，K/D實驗點都集中在“段曲線上，流態既不穩定又范圍小，無實用意義。 b小區，這個區的Re4000(即1gRe3.6)以后，K/D實驗點都集中在b段直線上，表明只與Re有關，與K/D無關，所以又稱湍流光滑區。 c小區，當Re繼續增大時，K/D實驗點

6、各自漸漸偏離b段曲線，形成一條條波狀曲線，表明此時不僅與Re有關，而且與K/D也有關，稱湍流過渡區。沿程阻力計算基本公式區為湍流粗糙區湍流粗糙區。當Re增大到一定程度后，K/D實驗散點分別落在大致平行于lgRe坐標軸的六條直線上，表明只與K/D有關，與Re無關。流體運動處于湍流粗糙區或稱阻力平方區(又稱第二自模化區)。沿程阻力計算基本公式圓形管道的沿程阻力oDarcyWeisbach公式o圓形管道o比摩阻lvRPsl242lvDPl222/2vDlPRlm其它形式的管道（矩形）o為了利用已有的圓形風道的計算公式或計算圖表，對于計算諸如一些非圓形斷面的矩形風道或其它斷面的風道，通常借助于“當量直

7、徑”這一概念來計算。o所謂當量直徑，就是與矩形風管具有相同單位長度摩擦阻力的圓形風管直徑。n流速當量直徑n流量當量直徑其它形式的管道o所謂流速當量直徑就是這樣的一種假想直徑，設某一圓形風道中的空氣流速V圓、比摩阻R圓與矩形風道中的空氣流速V矩、 比摩阻V矩相等，則稱該圓形風道的直徑Dv為此矩形風道的流速當量直徑。mbabaDv2其它形式的管道（矩形）o所謂流速當量直徑就是這樣的一種假想直徑，設某一圓形風道中的空氣流量L圓、比摩阻R圓與矩形風道中的空氣流量L矩、比摩阻 R矩相等，則稱該圓形風道的直徑DL為此矩形風道的流量當量直徑。25. 0625. 03 . 1baabDL其它形式的管道o直接采

8、用DarcyWeisbach公式，但必須計算水力半徑。ARs影響沿程阻力損失的因素o上述的計算采用的是標準參數：n大氣壓力P0=101.325kPan溫度t0=200Cn空氣密度0=1.204kg/m3n運動粘度0=15.0610-6m2/sn管壁粗糙度K=0.15mmn圓形鋼制風管o如果使用條件與上述不符，必須進行修正。影響沿程阻力損失的因素o密度和粘度修正1 . 0091. 000/mmRR 影響沿程阻力損失的因素o空氣溫度和大氣壓力的修正0mBtmRKKR 9 . 00B825. 03 .101P27320273KtKt大氣壓力修正系數：溫度修正系數：影響沿程阻力損失的因素o管壁粗糙度修

9、正0mrmRKR 影響沿程阻力損失的因素o常見材料的粗糙度影響沿程阻力損失的因素o鋼板制風道粗糙度修正系數影響沿程阻力損失的因素o塑料板制風道粗糙度修正系數影響沿程阻力損失的因素o非金屬制風道粗糙度修正系數例題1o有一通風系統，采用薄鋼板圓形風管（K：0.15mm），已知風量qV=3600m3/h。管徑D=300mm，空氣溫度300C，試求管內流速和單位長度摩擦阻力。例題2o一薄鋼矩形風管，斷面尺寸為500mm320mm，流量qv=0.75m3/s，求單位長度摩擦阻力。局部阻力o定性分析o定量計算局部阻力的定性分析o閥門、彎頭、三通n流量不變：閥門、彎頭、漸闊（縮）管n流量改變：三通、風管側壁

10、的送（吸）風口PaVPd22PagVhd22局部阻力的定性分析o漸變與突變截面突變，慣性力處于支配地位。截面突變，慣性力處于支配地位。局部阻力的定性分析o漸變與突變減速增壓，壓力處于支配地位。減速增壓，壓力處于支配地位。局部阻力的定性分析o漸變與突變離心力作用，內外側有壓強差。離心力作用，內外側有壓強差。o漸變與突變收縮角不夠小。收縮角不夠小。局部阻力的定性分析局部阻力的定性分析)Re(糙度，局部障礙形狀，相對粗f局部阻力的定量計算o管道截面突然擴大212222111V1V）（：對于）（：對于AAAA局部阻力的定量計算o管道截面突然縮小gVAA2/15 . 02212對應流速水頭：）（ 局部阻

11、力的定量計算o漸擴管n其水頭損失可由其摩擦損失hf和擴散損失hea兩部分組成。n對于圓形管道，可由其擴大面積比n=A2/A1和擴散角組成。局部阻力的定量計算gvnhf2112sin8212有關的系數與:2112122kgvnkhea22211112sin8nkn局部阻力的定量計算o漸縮管）（12215 . 012sin8AAkn局部阻力的定量計算o彎管局部阻力的定量計算o彎管n在彎管內形成的二次流，消失較慢，因而加大了彎管后面的影響長度。彎管的影響長度最大可超過50倍管徑。n彎管的幾何形狀決定于轉角和曲率半徑與管徑之比R/d(或R/b)。對矩形斷面的彎管還有高寬比h/b。局部阻力的定量計算o三

12、通局部阻力的定量計算o三通n凡是和分流前或匯流后的流道直通的管道稱直管，而與其成交角的管道稱支管。n三通的局部阻力系數取決于夾角、流量、管道的幾何參數。n每個支管的局部阻力系數是不一樣的。n合流三通的局力系數常常出現負值，意味著經過三通后的流體能量反而增加了。不同的流股匯合后，它們在混合的過程中，必然會有動量的交換。高速流股將它的一部分動能傳遞給了低速流股，使低速流股中的單位能量有所增加。減少流動阻力的措施o摩擦阻力n減少管道長度n降低摩擦系數：壁面粗糙度n增大管道口徑，通過管道流速來選擇。減少流動阻力的措施o局部阻力（漸擴管與漸縮管）n當氣流流經斷面面積變化的管件時，由于管道斷面的突然變化使

13、氣流產生沖擊，周圍出現渦流區，造成局部阻力。擴散角大的漸擴管局部阻力系數也較大，因此盡量避免風管斷面的突然變化，用漸縮或漸擴管代替突然縮小或突然擴大，中心角最好在80 100，不要超過450。減少流動阻力的措施減少流動阻力的措施o局部阻力（三通）n分支管中心夾角宜取得小一些(一般不超過300，只是在受到場條件限制或者為了阻力平衡需至的情況下，才采用較大的夾角)或者將支管與總管連接處的折角改緩，以減小三通的局部阻力，三通支管常采用一定的曲率半徑，同時還應盡量使支管與干管內的流速保持相等。減少流動阻力的措施減少流動阻力的措施o局部阻力（彎管）n管道的布置，應盡量采取直線，減少彎管，或者用弧彎代替直

14、角彎。n彎管的阻力系數在一定范圍內隨曲率半徑的增大而減小，圓形風管彎管的曲率半徑一般應大于12倍管徑；n矩形風管彎管斷面的長寬比(B/A)愈大，阻力愈小。其曲率半徑一般為當量直徑的612倍。對于斷面大的彎管，可在彎管內部布置一組導流葉片，以減小漩渦區和二次流，降低彎管的阻力系數。減少流動阻力的措施減少流動阻力的措施o局部阻力（管道進出口）減少流動阻力的措施o局部阻力（管道和風機的連接）n管道與風機的連接應當保證氣流在進出風機時均勻分布，避免發生流向和流速的突然變化，避免在接管處產生局部渦流。n為了使風機正常運行，減少不必要的阻力，最好使連接鳳機的風管管徑與風機的進、出口尺勺大致相同。n如果在風

15、機的吸入口安裝多葉形或插板式閥門時，最好將其設置在離風機進口至少5倍于風管直徑的地方，避安由于吸入口處氣流的渦流影響風機效率。n在風機的出口處避免安裝閥門，連接風機出口的風管最好用一段直管。n如果受到安裝位置的限制，需要在風機出口處直接安裝彎管時，彎管的轉向應與風機葉輪的旋轉方向一致。減少流動阻力的措施管道內的壓力分布o簡單通風系統o復雜通風系統簡單通風系統o當系統中僅僅只有摩擦阻力的損失，而無其它管件和空氣處理設備等局部阻力的損失，這種只有徐變阻力損失而無驟變阻力損失的壓力分布系統，我們稱其為簡單通風系統，它是組成復雜通風系統的基本單元。o在通風工程中，通常以相對壓力表示大氣壓力。以大氣壓力

16、為基準，大于大氣壓力為正壓，小于大氣壓力為負壓。簡單通風系統簡單通風系統o結論n風機的風壓等于風機的摩擦阻力及出口動壓損失之和，亦即等于風道的總阻力。 n風機吸入段的全壓和靜壓都為負值，風機壓出段的全壓和靜壓一般情況下均為正值。因此，當風道連接處不嚴密時，會有空氣漏入和溢出。復雜通風系統o當系統中不僅有摩擦阻力損失，而且又有局部阻力的損失。這種既有徐變阻力損失又有驟變阻力損失的壓力分布系統，我們稱其為復雜通風系統。復雜通風系統復雜通風系統o結論n各并聯支管的阻力總是相等。如果設計時沒有使各支管阻力相等，則在實際運行時，各支管就要按其阻力特性自動平衡，改變設計時預定的風量分配。n壓出段上點9的靜

17、壓出現負值是由于斷面9收縮得很小，致使流速大大增加，當動壓大于全壓時，該處的靜壓就出現負值。若在斷面9處開孔，將會有空氣吸入而不是壓出空氣。通風管道的設計計算o設計要則o設計步驟o風道設計方法o例題分析通風管道的設計計算o管道計算的任務n設計計算：已知通風系統和通風量，確定管道的斷面尺寸和阻力，選擇合適的風機和電動機的功率。n校核計算：驗證已有系統是否符合要求。設計要則o風道系統要簡潔、靈活、可靠n風道布置要盡可能短，避免復雜的局部管件，減少分支管。要便于安裝、調節、控制與維修。o風道的斷面形狀要因建筑空間制宜n在不影響生產工藝操作的情況下，充分利用建筑空間組合成風道。n風道的斷面形狀要和建筑

18、結構相配合，使其達到巧妙、完美與統一。 設計要則o風道斷面尺寸要國標化n為了最大限度地利用板材，實現風道設計、制作、施工標準比、機械化和工廠化，風道的斷面尺寸(直徑或邊長)應采用國家標準。（公稱直徑，公差）n全國通用通風管道標準。o正確選用風速，是設計好風道的關鍵n風速的選用，視風道的種類，風道的性質(主風道、支風道、水平風道、垂直風道)，輸送介質氣體的性質，以及對噪聲要求等來選取。n金屬風管20m/s；非金屬15m/s。設計步驟o根據生產工藝、勞動衛生保護和生活福利方面的要求，確定各處的送風量或排風量； o確定通風機及其它設備位置(如空氣處理設備等)。布置各處的送風或吸風口，并組成一個或幾個

19、送風或排風系統； o根據(1)、(2)點，繪制系統透視圖，并在圖上標注出各管段內的已知風量、管段長度、管段編號。再根據已知風量，求出其它管段內的風量和必要的總風量； o根據風道設計要則(四)，初步選定風速。設計步驟o根據風量和假定風速，從圖表中查取風道斷面尺寸和比摩阻。當查得的斷面尺寸與標準尺寸不相符時，要重新擬定風速，使其符合標準尺寸，此時的風速為實際風速與實際比摩阻； o計算風道阻力(沿程阻力與局部阻力)，并使各并聯管路之間的阻力差值，不超過允許值。當差值超過允許值時，要重新調整風道的斷面尺寸，或調整彎頭的曲率半徑來平衡，或在風道內設置阻力板進行調節，但設阻力板時，有時會產生噪聲； o計算

20、出最不利一環的風道阻力，加之設備阻力，并考慮風量與阻力的安全系數，進而確定通風機型號和電動機的功率。風道設計方法o減速法 n風道后一段的風量逐漸減小，使距送風機最遠處保持一個最低風速值。o壓損平均法 n該法的特點是，采用等比摩阻進行設計，主要從噪聲及經濟兩方面來考慮。該法多用于支風道很對稱，每根支風道對出風分支道可用調節閥調整壓力差，支風道的風速不應超過表310的最大值。風道設計方法o靜壓復得法 n該法的特點是，利用每一個分支道處的靜壓復得值來克服下一段風道的阻力，使各分支道前的靜壓均相等。o當量長度法 n該法的特點是，局部阻力損失用以等值的摩擦阻力損失來代替，其實質是將局部阻力系數值折算成相當