第6章

通風管道的設計計算2020年9月28日1本章內(nèi)容提要及重點§1水力計算基礎§2通風管路水力計算§3管道內(nèi)的壓力分布§4均勻送風管道設計計算§5通風管道設計中的有關問題2020年9月28日2第一節(jié)水力計算基礎本節(jié)重點：摩擦阻力與局部阻力的概念比摩阻的概念與線算圖的使用局部阻力系數(shù)的查詢2020年9月28日3一、摩擦阻力空氣在橫斷面形狀不變的管道內(nèi)流動時的摩擦阻力按下式計算：摩擦阻力或沿程阻力是風管內(nèi)空氣流動時，由于空氣本身的粘性及其與管壁間的摩擦而引起的沿程能量損失。對圓形風管：2020年9月28日4式中Δ—風管內(nèi)壁凸起的高度，mm。

柯式公式不僅適用于紊流過渡區(qū)，而且也適用于紊流光滑管區(qū)和紊流粗糙管區(qū)。

為了避免繁瑣的計算，可根據(jù)式(1)和式(2)制成各種表或線解圖，教材附錄9(P243)就是一種線解圖，可用于計算管道通風阻力。摩擦阻力系數(shù)λ與管內(nèi)的流態(tài)Re和風管管壁的粗糙度Δ/D有關，λ＝f(Re,Δ/D)。

通風工程中常用柯列布魯克(Colebrook)公式計算摩擦阻力系數(shù)，柯式公式為2020年9月28日5通風管道單位長度摩擦阻力線算圖教材P243流速管徑2020年9月28日6附錄6所示的線解圖，可供計算管道阻力時使用。只要已知流量、管徑、流速、阻力四個參數(shù)中的任意兩個，即可利用該圖求得其余的兩個參數(shù)。2020年9月28日71、密度和粘度修正Pa/m2020年9月28日82、空氣溫度和大氣壓力修正Kt和KB

也可直接由圖查得。2020年9月28日93、管壁粗糙度的修正風管材料粗糙度/mm薄鋼板或鍍鋅薄鋼板0.15～0.18塑料板0.01～0.05礦渣石膏板1.0礦渣混凝土板1.5膠合板1.0磚砌體3～6混凝土1～3木板0.2～1.0各種材料的粗糙度Δ當風管管壁的粗糙度Δ≠0.15mm時，可按下式修正。2020年9月28日10

例：有一通風系統(tǒng)，采用薄鋼板圓形風管(Δ＝0.15mm)，已知風量L＝3600m3/h(1m3/s)。管徑D＝300mm，空氣溫度t＝30℃，求風管管內(nèi)空氣流速和單位長度摩擦阻力。

解：查圖，得v＝14m/s，Rm0＝7.7Pa/m。

查圖6-2得，Kt＝0.97。

Rm＝KtRm0＝0.97×7.7＝7.47Pa/m2020年9月28日11二、矩形風管的摩擦阻力附錄6是按圓形管道得出的，對于矩形管道需先把矩形斷面折算成當量直徑。所謂當量直徑，是指與矩形風管有相同單位長度摩擦阻力的圓形風管的直徑，分流速當量直徑和流量當量直徑。2020年9月28日121.流速當量直徑DV2.流量當量直徑DL2020年9月28日13注意：利用當量直徑求矩形風管阻力時，要注意其對應關系：采用流速當量直徑時，必須用流速去查比摩阻采用流量當量直徑時，必須用流量去查比摩阻2020年9月28日14三.局部阻力當風流的方向和斷面大小發(fā)生變化或通過管件設備時，由于在邊界急劇改變的區(qū)域出現(xiàn)旋渦區(qū)和流速的重新分布而產(chǎn)生的阻力稱為局部阻力。當空氣流過斷面變化的管件(如各種變徑管、風管進出口、閥門)、流向變化的管件（彎頭）和流量變化的管件(如三通、四通、風管的側(cè)面送、排風門)都會產(chǎn)生局部阻力。ζ由實驗測定，并整理成經(jīng)驗公式，見附錄10（P244）2020年9月28日15突然擴大突然縮小漸擴管漸縮管附錄10教材P2442020年9月28日16傘形罩圓形彎頭矩形彎頭附錄10教材P2442020年9月28日17合流三通附錄10教材P244~249F1+F2>F3F1=F3α=30°v3F3v3F3v3F3F1+F2=F3

α=30°F1+F2>F3F1=F3α=30°2020年9月28日18如何查詢局部阻力系數(shù)？例1有一合流三通，如圖所示，已知

L1＝1.17m3/s(4200m3/h)，D1＝500mm，v1＝5.96m/s

L2＝0.78m3/s(2800m3/h)，D2＝250mm，v2＝15.9m/s

L3＝1.94m3/s(7000m3/h)，D3＝560mm，v3＝7.9m/s

分支管中心夾角α＝30°。求此三通的局部阻力。2020年9月28日19解：按附錄7(P245)列出的條件，計算下列各值

L2/L3＝0.78/1.94＝0.4

F2/F3＝(D2/D3)2＝(250/560)2＝0.2

經(jīng)計算F1＋F2≈F3

根據(jù)F1＋F2＝F3及L2/L3＝0.4、F2/F3＝0.2查得

支管局部阻力系數(shù)ζ2＝2.7

直管局部阻力系數(shù)ζ1＝－0.73

支管的局部阻力Pa直管的局部阻力Pa2020年9月28日20為什么局部阻力系數(shù)會出現(xiàn)負值？兩股氣流在匯合過程中的能量損失一般是不相同的，它們的局部阻力應分別計算，對應有兩個阻力系數(shù)。

當合流三通內(nèi)直管的氣流速度大于支管的氣流速度時，直管會引射支管氣流，即流速大的直管氣流失去能量，流速小的支管氣流得到能量，因而支管的局部阻力有時出現(xiàn)負值。這稱為引射現(xiàn)象。解決的辦法：盡可能做到各分支管內(nèi)流速相等，防止出現(xiàn)引射現(xiàn)象。2020年9月28日21例2已知L2/L3＝0.2，F(xiàn)2/F3＝0.25

F1＋F2＝F3，α＝30°查ζ1和ζ2ζ1=0.24，ζ2=-0.25思考已知L2/L3＝0.347，F(xiàn)2/F3＝0.34

F1＋F2＝F3，α＝30°如何查ζ1和ζ2？線性插值法2020年9月28日22減小局部阻力的措施(1)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。(2)減少風管的轉(zhuǎn)彎數(shù)量，盡可能增大轉(zhuǎn)彎半徑。

圓形風管彎頭的曲率半徑一般大于(1～2)倍管徑；矩形風管彎頭斷面的長寬比（B/A）愈大，阻力愈小。采用矩形直角彎頭，應在其中設導流片。2020年9月28日23(3)三通匯流要防止出現(xiàn)引射現(xiàn)象。分支管道中心線夾角要盡可能小。一般要求不大于30°。(4)降低管道進口和排風口的流速氣流進入風管時，由于產(chǎn)生氣流與管道內(nèi)壁分離和渦流現(xiàn)象造成局部阻力，對于不同的進口形式，局部阻力相差較大。氣流從風管口排出時，其在排出前所具有的能量全部損失。當出口處無阻擋時，此能量損失等于出口動壓，當有阻擋(風帽、網(wǎng)格、百葉)時，能量損失將大于出口動壓，就是說ζ>1。為了降低出口動壓損失，有時把出口制作成擴散角較小的漸擴管，ζ＜1。2020年9月28日24第二節(jié)風管內(nèi)的壓力分布2020年9月28日25單位體積流量的能量方程對于無壓源的水平管道，以管道軸線為基準面，則有2020年9月28日26壓力坡度圖2020年9月28日27213456789P02020年9月28日28第三節(jié)通風管路水力計算2020年9月28日29一.何為通風管道的水力計算通風管道的水力計算是在系統(tǒng)和設備布置、風管材料、各送排風點的位置和風量均已確定的基礎上，確定各管段的管徑(或斷面尺寸)和阻力，保證系統(tǒng)內(nèi)達到要求的風量分配，最后確定風機的型號和動力消耗。通風管道的水力計算最常用的方法是假定流速法。2020年9月28日30二.假定流速法的計算步驟繪制通風或空調(diào)系統(tǒng)軸測圖，對各管段進行編號，標注長度和風量；選定最不利環(huán)路；確定合理的空氣流速；具體根據(jù)風量和流速確定管段的斷面尺寸，計算最不利環(huán)路的摩擦阻力和局部阻力；并聯(lián)管路的阻力平衡；具體計算系統(tǒng)的總阻力；選擇風機。具體2020年9月28日31實例如圖示的通風系統(tǒng)。風管用鋼板制作，輸送含有輕礦物粉塵的空氣，氣體溫度為常溫。該系統(tǒng)采用脈沖噴吹清灰袋式除塵器，除塵器阻力ΔPc＝1200Pa。對該系統(tǒng)進行水力計算，并選擇風機。2020年9月28日32

1、對各管段進行編號，標出管段長度和各排風點的排風量。2、選定最不利環(huán)路，本系統(tǒng)選擇

l—3—5—除塵器－6—風機－7為最不利環(huán)路。

3、根據(jù)各管段的風量及選定的流速，確定最不利環(huán)路上各管段的斷面尺寸和單位長度摩擦阻力。

根據(jù)教材表6-4(P159)，輸送含有輕礦物粉塵的空氣時，風管內(nèi)最小風速為，垂直風管12m/s、水平風管14m/s。考慮到除塵器及風管漏風，取5％的漏風系數(shù)，管段6及7的計算風量為6300×1.05＝6615m3/h。2020年9月28日33所選管徑按通風管道統(tǒng)一規(guī)格調(diào)整為：

D1＝200mm；實際流速v1＝13m/s；由附錄6的圖得，Rm1＝12.5Pa/m。

同理可查得管段3、5、6、7的管徑及比摩阻，具體結(jié)果見下表。4、確定管段2、4的管徑及單位長度摩擦阻力，見下表。

管段1

有水平風管，根據(jù)L1=1500m3/h(0.42m3/s)、v1＝14m/s，求出管徑為：m=195mm2020年9月28日34管道水力計算匯總表管流量長度管徑流速動壓局部阻力系數(shù)局部阻力比摩阻摩擦阻力管道阻力115000.421120014117.61.37161.112.5137.5298.6323000.64524014117.6-0.05-5.9126054.1563001.75538014117.60.6171.75.527.599.2666151.8444201286.40.4740.64.51858.6766151.8484201286.40.651.84.53687.828000.22614014117.60.6171.718108179.7440001.11628016153.61.81278.01484362.028000.2213015.9249.72020年9月28日355、確定各管段的局部阻力系數(shù)

查通風設計手冊等資料確定局部阻力系數(shù)。

(1)管段1

設備密閉罩ζ＝1.0

900彎頭(R/D=1.5)一個ζ＝0.17

直流三通(1→3)

根據(jù)F1＋F2≈F3，即0.0283＋0.0154＝0.0437≈0.0452α＝300

F2/F3＝(140/240)2＝0.34，L2/L3＝800/2300＝0.348查得ζ13＝0.2(使用插值法)

管段1總的局部阻力系數(shù)為

Σζ＝1.0＋0.17＋0.2＝1.372020年9月28日36(2)管段2

圓形傘罩α＝600

ζ＝0.09

900彎頭(R/D＝1.5)一個ζ＝0.17

600彎頭(R/D＝1.5)一個ζ＝0.14

合流三通(2→3)ζ23＝0.2

管段2總的局部阻力系數(shù)為

Σζ＝0.09＋0.17＋0.14＋0.2＝0.62020年9月28日37(3)管段3

直流三通(3→5)，如圖所示。

F3＋F4＝F5即0.0452＋0.0615＝0.108≈0.113α＝30°

F4/F5＝(280/380)2＝0.54

L4/L5＝4000/6300＝0.63

ζ35＝－0.05Σζ＝－0.05

(4)管段4

設備密閉罩ζ＝1.0

900彎頭(R/D＝1.5)一個ζ＝0.17

合流三通(4→5)ζ45＝0.64

管段4總的局部阻力系數(shù)為

Σζ＝1.0＋0.17＋0.64＝1.812020年9月28日38(5)管段5

除塵器進口變徑管(漸擴管)

除塵器進口尺寸300mm×800mm，變徑管長度l＝500mm

tgα=0.5×(800-380)/500＝0.42

α=22.7°ζ＝0.60Σζ＝0.602020年9月28日39(6)管段6

除塵器出口變徑管(漸縮管)

除塵器出口尺寸300mm×800mm，變徑管長度l＝500mm

tg(α/2)=0.5×(800-420)/500＝0.38α=41.60ζ＝0.10

900彎頭(R/D＝1.5)2個ζ＝2×0.17＝0.34

風機進口漸擴管

按要求的總風量和估計的管網(wǎng)總阻力擬選一臺風機，風機進口直徑D1＝450mm，變徑管長度l＝300mm

F0/F6＝(450/420)2＝1.15

tg(α/2)=0.5×(450-420)/300＝0.05

α=5.70

ζ＝0.02

管段6總的局部阻力系數(shù)為

Σζ＝0.1＋0.34＋0.02＝0.462020年9月28日40(7)管段7

風機出口漸擴管

風機出口尺寸360mm×315mmD7＝420mm

F7/F出＝0.138/0.113＝1.22tg(α/2)=0.5×(420-360)/300＝0.1

α=11.40ζ=0.02

帶擴散管的傘形風帽(h/D0＝0.5)ζ＝0.6

管段7總的局部阻力系數(shù)為

Σζ＝0.02+0.6=0.62

6、計算各管段的摩擦阻力和局部阻力

計算結(jié)果見表。2020年9月28日417、對并聯(lián)管路進行阻力平衡

(1)匯合點A

ΔP1＝334PaΔP2=181.6Pa為了使管段1、2達到阻力平衡，改變管段2的管徑，增大其阻力。減小管段2的管徑為mm根據(jù)通風管道統(tǒng)一規(guī)格，取D2″＝120mm，此時的阻力Pa2020年9月28日42滿足平衡條件，取D2＝120mm，其對應的阻力360.3Pa。

(2)匯合點B

ΔP1＋ΔP3＝334＋54＝442Pa

ΔP4＝435.9Pa滿足平衡條件，管路1、3處于平衡。2020年9月28日43

8、計算系統(tǒng)的總阻力

按管路1—3—5—除塵器－6—風機－7進行計算

ΔP＝ΔP1＋ΔP3＋ΔP5＋ΔPc＋ΔP6＋ΔP7

ΔP＝334＋54＋112.9＋1200＋66.8＋101.8＝1870Pa9、選擇風機風機風量Lf＝1.15L＝1.15×6615＝7607m3/h=2.11m3/s風機風壓Pf＝1.15ΔP＝1.15×1870＝2151Pa＝2.151kPa管網(wǎng)阻抗K＝Pf/Lf2＝2.151/2.112＝0.483管網(wǎng)特性方程ΔP＝0.483L22020年9月28日44從風機產(chǎn)品目錄中選用C4-73NO.4.5離心排塵通風機。工況點風壓為2.25kPa，風量為2.11m3/s，全壓效率為88%。

風機轉(zhuǎn)數(shù)n＝2800r/min，配用Y132S2-2型電動機，功率7.5kW。2020年9月28日45第四節(jié)均勻送風管道設計計算2020年9月28日46一.設計的原理2020年9月28日47孔口面積上的平均流速可以按下式計算：孔口流出的風量：2020年9月28日48風口的流速分布如圖：（矩形送風管斷面不變，采用等條縫口送（排）風）要實現(xiàn)均勻送風可采取的措施：（如圖）

1、設阻體；

2、改變斷面積；

3、改變送風口斷面積；

4、增大F，減小f0。2020年9月28日492020年9月28日50二.實現(xiàn)均勻送風的條件1.保持各側(cè)孔靜壓相等；即保持兩側(cè)孔靜壓相等的條件是：兩側(cè)孔的動壓降等于兩側(cè)孔間的阻力。2020年9月28日512.保持各側(cè)孔流量系數(shù)相等；μ與孔口形狀、流角α以及L0/L=有關，在范圍內(nèi)，μ≈0.6。2020年9月28日523.增大出流角α。保持α≥60°，接近90°。必須使要求較高時，可在孔口處安裝垂直于側(cè)壁的擋板，或把孔口改成短管。2020年9月28日53三.局部阻力系數(shù)和流量系數(shù)通常把側(cè)孔送風的均勻管道看作是支管長度為0的三通，局部阻力包含兩部分：直通部分局部阻力和側(cè)孔出流的局部阻力。側(cè)孔流量系數(shù)μ=0.6~0.65；直流三通局部阻力系數(shù)：由L0/L查表6-6(P168)L0L1LL0/L00.10.20.30.40.50.60.70.80.91ζ0.150.050.020.010.030.070.120.170.230.290.35表6-6空氣流過側(cè)孔直通部分的局部阻力系數(shù)2020年9月28日54三.實例如圖所示總風量8000m3/h的圓形均勻送風管道，采用8個等面積的側(cè)孔送風，孔間距為1.5m。試確定其孔口面積、各斷面直徑及總阻力。123456781.51.51.51.51.51.51.5先確定側(cè)孔個數(shù)、側(cè)孔間距及每個側(cè)孔的送風量，然后計算出側(cè)孔面積、送風管道直徑(或斷面尺寸)及管道的阻力。2020年9月28日55【解答】2020年9月28日562020年9月28日57