8.0概述8.1風管內氣體流動的流態和阻力8.2風管內的壓力分布8.3通風管道的水力計算8.4均勻送風管道設計計算8.5通風管道設計中的常見問題及其處理措施8.6氣力輸送系統的管道設計計算第8章通風管道系統的設計計算1定義：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、有害氣體直接排送到室外或經凈化處理后排送到室外的管道。8.0概述分類：包括通風除塵管道、空調管道等。作用：把通風進風口、空氣的熱、濕及凈化處理設備、送(排)風口、部件和風機連成一個整體，使之有效運轉。設計內容：風管及其部件的布置；管徑的確定；管內氣體流動時能量損耗的計算；風機和電動機功率的選擇。設計目標：在滿足工藝設計要求和保證使用效果的前提下，合理地組織空氣流動，使系統的初投資和日常運行維護費用最優。2通風除塵管道4風機1排風罩5風帽1排風罩2風管有害氣體室外大氣3凈化設備如圖，在風機4的動力作用下，排風罩（或排風口）1將室內污染空氣吸入，經管道2送入凈化設備3，經凈化處理達到規定的排放標準后，通過風帽5排到室外大氣中。3空調送風系統3風機1新風口室外大氣2進氣處理設備4風管5送風口室內如圖，在風機3的動力作用下，室外空氣進入新風口1，經進氣處理設備2處理后達到衛生標準或工藝要求后，由風管4輸送并分配到各送風口5，由風口送入室內。48.1風管內氣體流動的流態和阻力8.1.1兩種流態及其判別分析流體在管道內流動時，其流動狀態，可以分為層流、紊流。雷諾數既能判別流體在風道中流動時的流動狀態，又是計算風道摩擦阻力系數的基本參數。在通風與空調工程中，雷諾數通常用右式表示：8.1.2風管內空氣流動的阻力產生阻力的原因：空氣在風管內流動之所以產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部相對運動出現的摩擦阻力以及風管材料內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，根據流體力學原理，它的沿程阻力可以按下式確定：對于圓形截面風管，其阻力由下式計算：單位長度的摩擦阻力又稱比摩阻。對于圓形風管，由上式可知其比摩阻為：（8-5）（1）圓形風管的沿程阻力計算6摩擦阻力系數λ與管內流態和風管管壁的粗糙度K/D有關圖8-1摩擦阻力系數λ隨雷諾數和相對粗糙度的變化1沿程阻力7有關過渡區的摩擦阻力系數計算公式很多，一般采用適用三個區的柯氏公式來計算。它以一定的實驗資料作為基礎，美國、日本、德國的一些暖通手冊中廣泛采用。我國編制的《全國通用通風管道計算表》也采用該公式：為了避免繁瑣的計算，可根據公式（8-5）和式（8-7）制成各種形式的表格或線算圖。附錄4所示的通風管道單位長度摩擦阻力線算圖，可供計算管道阻力時使用。運用線算圖或計算表，只要已知流量、管徑、流速、阻力四個參數中的任意兩個，即可求得其余兩個參數。（8-7）1沿程阻力8附錄4通風管道單位長度摩擦阻力線算圖9需要說明的是，附錄4的線算圖是是按過渡區的值，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、圓形風管、氣流與管壁間無熱量交換等條件下得的。當實際條件與上述不符時，應進行修正。1）密度和粘度的修正2）空氣溫度和大氣壓力的修正3）管壁粗糙度的修正1沿程阻力10有一通風系系統，采用用薄鋼板圓圓形風管（（K=0.15mm），已知風風量L＝3600m2/h（1m3/s）。管徑D＝300mm，空氣溫度度t＝30℃。求風管管管內空氣流流速和單位位長度摩擦擦阻力。=0.97解：查附錄4，得υ＝14m/s，＝7.68Pa/m查圖8-2得，=0.97×7.68Pa/m=7.45Pa/m[例8-1]1沿程阻力112.矩形風管的的沿程阻力力計算《全國通用通通風管道計計算表》和附錄4的線算圖是是按圓形風風管得出的的，在進行行矩形風管管的摩擦阻阻力計算時時，需要把把矩形風管管斷面尺寸寸折算成與與之相當的的圓形風管管直徑，即即當量直徑，再由此求求得矩形風風管的單位位長度摩擦擦阻力。所謂“當量直徑徑”，就是與矩形形風管有相相同單位長長度摩擦阻阻力的圓形形風管直徑徑，它有流速當量直直徑和流量當量直徑兩種。。（1）流速當量量直徑（2）流量當量量直徑12[解]矩道風道內內空氣流速速1）根據矩形形風管的流速當量直直徑Dv和實際流速V，求矩形風風管的單位位長度摩擦擦阻力。有一表面光光滑的磚砌砌風道（K=3mm），橫斷面尺寸寸為500mm×400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求單位長度度摩阻力。。[例8-2]13由V=5m/s、Dv=444mm查圖得Rm0=0.62Pa/m2001.00.010.11004004000管徑4035180流速3044450.62Rm(Pa/m)空氣量m3/s450粗糙度修正正系數[例8-2]14由L=1m3/S、DL=487mm查圖2-3-1得Rm0=0.61Pa/mRm=1.96×0.61=1.2Pa/m2）用流量當量直直徑求矩形風管管單位長度度摩擦阻力力。

矩形形風道的流流量當量直直徑0.011.02002001.00.010.11004004000管徑4035180流速3044750.61RmPa/m空氣量m3/s()()()()0.6250.250.6250.251.30.40.51.30.40.50.447LabDabm=+×=+=[例8-2]152局部阻力一般情況下下，通風除除塵、空氣氣調節和氣氣力輸送管管道都要安安裝一些諸諸如斷面變變化的管件件(如各種變徑徑管、變形形管、風管管進出口、、閥門)、流向變化化的管件（（彎頭）和和流量變化化的管件(如三通、四四通、風管管的側面送送、排風口口)，用以控制制和調節管管內的氣流流流動。流體經過這這些管件時時，由于邊邊壁或流量量的變化，，均勻流在在這一局部部地區遭到到破壞，引引起流速的的大小，方方向或分布布的變化，，或者氣流流的合流與與分流，使使得氣流中中出現渦流流區，由此此產生了局局部損失。。多數局部阻阻力的計算算還不能從從理論上解解決，必須須借助于由由實驗得來來的經驗公公式或系數數。局部阻阻力一般按按下面公式式確定：局部阻力系系數也不能能從理論上上求得，一一般用實驗驗方法確定定。在附錄錄5中列出了部部分常見管管件的局部部阻力系數數。16局部阻力在在通風、空空調系統中中占有較大大的比例，，在設計時時應加以注注意。減小小局部阻力力的著眼點點在于防止止或推遲氣氣流與壁面面的分離，，避免漩渦渦區的產生生或減小漩漩渦區的大大小和強度度。下面介介紹幾種常常用的減小小局部阻力力的措施。。減小局部阻阻力的措施施（1）漸擴管管和漸縮管管幾種常見的的局部阻力力產生的類類型：１、突變２、漸變17３、轉彎處處４、分岔與與會合θ2θ3123１３２θ1θ2減小局部阻阻力的措施施18（2）三通圖8-4三通支管和干干管的連接19（3）彎管圖8-5圓形風管彎頭頭圖8-6矩形風管彎頭頭圖8-7設有導流片的的直角彎頭（4）管道進出出口圖8-8風管進出口阻阻力20（5）管道和風風機的連接圖8-9風機進出口管管道連接218.2風管內的壓力力分布8.2.1動壓、靜壓和和全壓空氣在風管中中流動時，由由于風管阻力力和流速變化化，空氣的壓壓力是不斷變變化的。研究究風管內壓力力的分布規律律，有助于我我們正確設計計通風和空調調系統并使之之經濟合理、、安全可靠的的運行。分析的原理是是風流的能量量方程和靜壓壓、動壓與全全壓的關系式式。動壓(Pd):指空氣流動時時產生的壓力力，只要風管管內空氣流動動就具有一定定的動壓，其其值永遠是正正的。靜壓(Pj):由于空氣分子子不規則運動動而撞擊于管管壁上產生的的壓力稱為靜靜壓。計算時，以絕絕對真空為計計算零點的靜靜壓稱為絕對對靜壓。以大大氣壓力為零零點的靜壓稱稱為相對靜壓壓?？照{中的的空氣靜壓均均指相對靜壓壓。靜壓高于大氣氣壓時為正值值，低于大氣氣壓時為負值值。228.2風管內的壓力力分布全壓(Pq)

:全壓是靜壓和和動壓的代數數和：Pq＝Pj十Pd全壓代表l

m3氣體所具有的的總能量。若若以大氣壓為為計算的起點點，它可以是是正值，亦可可以是負值。。Z2Z112根據能量守恒恒定律，可以以寫出空氣在在管道內流動動時不同斷面面間的能量方方程（伯努利利方程）。我們可以利用用上式對任一一通風空調系系統的壓力分分布進行分析析238.2.2風管內空氣壓壓力的分布把一套通風除除塵系統內氣氣流的動壓、、靜壓和全壓壓的變化表示示在以相對壓壓力為縱坐標標的坐標圖上上，就稱為通通風除塵系統統的壓力分布布圖。設有圖8-10所示的通風系系統，空氣進進出口都有局局部阻力。分分析該系統風風管內的壓力力分布。248.3通風管道的水水力計算8.3.1風道設計的內內容及原則風道的水力計計算分設計計算和校核計算兩類。風道設計時必必須遵循以下下的原則：（1）系統要簡潔潔、靈活、可可靠；便于安安裝、調節、、控制與維修修。（2）斷面尺寸要要標準化。（3）斷面形狀要要與建筑結構構相配合，使使其完美統一一。8.3.2風道設計的方方法管水力計算方方法有假定流流速法、壓損損平均法和靜靜壓復得法等等幾種，目前前常用的是假假定流速法。。258.3.3風道設計的步步驟下面以假定流流速法為例介介紹風管水力力計算的步驟驟。（1）繪制通風或或空調系統軸軸測圖（2）確定合理的的空氣流速（3）根據各管段段的風量和選選擇的流速確確定各管段的的斷面尺寸，，計算最不利利環路的摩擦擦阻力和局部部阻力（4）并聯管路的的阻力計算（5）計算系統的的總阻力（6）選擇擇風機機267l=3.7m風機8l=12m654321910L=5500m3/hL=2700m3/hL=2650m3/hl=4.2ml=5.5ml=5.5ml=6.2m通風除除塵系系統的的系統統圖[例8-3]l=5.4m除塵器器圖8-11所示為為某車車間的的振動動篩除除塵系系統。。采用用矩形形傘形形排風風罩排排塵，，風管管用鋼鋼板制制作（（粗糙糙度K＝0.15mm），輸輸送含含有鐵鐵礦粉粉塵的的含塵塵氣體體，氣氣體溫溫度為為20℃℃。該系系統采采用CLSΦ800型水膜膜除塵塵器，，除塵塵器含含塵氣氣流進進口尺尺寸為為318mm×552mm，除塵塵器阻阻力900Pa。對該該系統統進行行水力力計算算，確確定該該系統統的風風管斷斷面尺尺寸和和阻力力并選選擇風風機。。272829303132333435363738398.4均勻送送風管管道設設計計計算在通風風、空空調、、冷庫庫、烘烘房及及氣幕幕裝置置中，，常常常要求求把等等量的的空氣氣經由由風道道側壁壁（開開有條條縫、、孔口口或短短管））均勻勻的輸輸送到到各個個空間間，以以達到到空間間內均均勻的的空氣氣分布布。這這種送送風方方式稱稱為均均勻送送風。。均勻送送風管管道通通常有有以下下幾種種形式式：（1）條縫縫寬度度或孔孔口面面積變變化，，風道道斷面面不變變，如如圖8-14所示。。圖8-14風道斷面F及孔口流量系數不變，孔口面積變化的均勻吸送風吹出吸入從條縫縫口吹吹出和和吸入入的速速度分分布40（2）風道道斷面面變化化，條條縫寬寬度或或孔口口面積積不變變，如如圖8-15所示。。圖8-15風道斷斷面F變化，，孔口口流量量系數數及孔口口面積積不不變變的均均勻送送風（3）風道道斷面面、條條縫寬寬度或或孔口口面積積都不不變，，如圖圖8-16所示。。風道斷面F及孔口面積不變時，管內靜壓會不斷增大，可以根據靜壓變化，在孔口上設置不同的阻體來改變流量系數。8.4均勻送送風管管道設設計計計算418.4.1均勻送送風管管道的的設計計原理理風管內內流動動的空空氣，，在管管壁的的垂直直方向向受到到氣流流靜壓壓作用用，如如果在在管的的側壁壁開孔孔，由由于孔孔口內內外靜靜壓差差的作作用，，空氣氣會在在垂直直管壁壁方向向從孔孔口流流出。。但由由于受受到原原有管管內軸軸向流流速的的影響響，其其孔口口出流流方向向并非非垂直直于管管壁，，而是是以合合成速速度沿沿風管管軸線線成角角的的方向向流出出，如如圖8-17所示。。ff0vjvdvf0圖8-17孔口出出流狀狀態圖圖421.出流的的實際際流速速和流流向靜壓差差產生生的流流速為為：空氣從從孔口口出流流時，，它的的實際際流速速和出出流方方向不不僅取取決于于靜壓壓產生生的流流速大大小和和方向向，還還受管管內流流速的的影響響?？卓卓诔龀隽鞯牡膶嶋H際速度度為二二者的的合成成速度度。速速度的的大小小為：：利用速速度四四邊形形對角角線法法則，，實際際流速速的的方方向與與風道道軸線線方向向的的夾夾角（（出流流角））為空氣在在風管管內的的軸向向流速速為：：8.4.1均勻送送風管管道的的設計計原理理432.孔口出出流的的風量量對于孔孔口出出流，，流量量可表表示成成：孔口處處平均均流速速：8.4.1均勻送送風管管道的的設計計原理理443.實現均均勻送送風的的條件件要實現現均勻勻送風風需要要滿足足下面面兩個個基本本要求求：1）各側側孔或或短管管的出出流風風量相相等；；2）出口口氣流流盡量量與管管道側側壁垂垂直，，否則則盡管管風量量相等等也不不會均均勻。。從式（（8-34）可以以看出出，對對側孔孔面積積保保持持不變變的均均勻送送風管管道，，要使使各側側孔的的送風風量保保持相相等，，必需需保證證各側側孔的的靜壓壓和和流流量系系數相相等；；要使使出口口氣流流盡量量保持持垂直直，要要求出出流角角接接近近90°°。下面具具體分分析各各項措措施。。如圖8-18所示有有兩個個側孔孔，根根據流流體力力學原原理可可知，，斷面面1處的全全壓應應等于于斷面面2處的全全壓加加上斷斷面1-2間的阻阻力，，即（1）保持持各側側孔靜靜壓相相等45由此說說明，，欲使使兩個個側孔孔靜壓壓相等等，就就必須須有也就是是說，，若能能使兩兩個側側孔的的動壓壓降等等于兩兩側孔孔間的的風管管阻力力，兩兩側孔孔處的的靜壓壓就保保持相相等。。圖8-18側孔出出流狀狀態圖圖46（2）保持持各側側孔流流量系系數相相等=700=600=500=400=9000.40.50.60.70.80.11.00.5圖8-19銳邊孔口的值（3）增大出流角度風管中靜壓與動壓的比值愈大，氣流在側孔的出流角度也愈大，即出流方向與管壁側面愈接近垂直（如圖8-20（a）所示）。比值愈小，出流就會向風管末端偏斜，難于達到均勻送風的目的（如圖8-20（b）所示）。a）b）圖8-20側孔氣氣流出出流方方向與與送風風均勻勻性478.4.2均勻送送風管管道的的計算算均勻送送風管管道計計算的的目的的是確確定側側孔的的個數數、間間距、、面積積及出出風量量，風風管斷斷面尺尺寸和和均勻勻送風風管段段的阻阻力。。均勻勻送送風風管管道道計計算算和和一一般般送送風風管管道道計計算算相相似似，，只只是是在在計計算算側側孔孔送送風風時時的的局局部部阻阻力力系系數數時時需需要要注注意意。。側側孔孔送送風風管管道道可可以以認認為為是是支支管管長長度度為為零零的的三三通通。。當當空空氣氣從從側側孔孔出出流流時時產產生生兩兩種種局局部部阻阻力力，，即即直直通通部部分分的的局局部部阻阻力力和和側側孔孔局局部部阻阻力力。。直通部分的局部阻力系數可以按布達柯夫提出的公式確定也可以由表8-7查出。側孔孔的的局局部部阻阻力力系系數數可以以由由塔塔利利耶耶夫夫的的試試驗驗數數據據（（表表8-8）確確定定，，也也可可以以按按下下式式計計算算488.