管道阻力計算

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:

R=---x—p

4氏2(5-3)

式中Rm---單位長度摩擦阻力,Pa/in：

u---風管內空氣的平均流速,m/s；

P---空氣的密度,kg/m3；

X——摩擦阻力系數；

Rs——風管的水力半徑,mo

對圓形風管：

V

4(5-4)

式中D---風管直徑,ms

對矩形風管

(5-5)

式中a,b---矩形風管的邊長，nio

因此，圓形風管的單位長度摩擦阻力

Rm=-X—P

D2(5—6)

摩擦阻力系數X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、口區、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：

1_0-K工2.51、

丁-21g胃+司(5_7)

式中K——風管內壁粗糙度,mm：

Re---雷諾數。

Re=——

u(5—8)

式中u一一風管內空氣流速,m/s；

d---風管內徑,m；

v---運動黏度，m2/So

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5—2是計

算圓形鋼板風管的線解圖，它是在氣體壓力B=101.3kPa、溫度匚20℃、管壁粗糙度K=

0.15mm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

得的入/d值算出的Rm值基本一致，其誤差已可滿足工程設計的需要。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。

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0.20.40.6081246810203040506080

單位長度?操阻力/(Pa/m)

圖5—2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L=2400m3/h,流速u=16m/s,管壁粗

糙度K=0.15mm,求該風管直徑d及風管摩擦阻力R。

解利用線解圖5—2,在縱坐標上找到風量L=2400m3/h,從這點向右做垂線，與流

速u=16m/s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d=230mm。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Rm=13.5Pa

/m。

該段風管摩擦阻力為：

R=Rml=13.5X10Pa=135Pa

無論是按照《全國通用通風管道計算表》，還是按圖5—2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：

式中一一在不同溫度下，實際的單位長度摩擦阻力,Pa；

Rm一—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5—3所示。

圖5-3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0.15mm。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5-3中

相應的粗糙度修正系數。表中u為風管內空氣流速。

表5—3管壁粗糙度修正系數

24?687214—2224?30

。?0.010.950.900.850.800.75

0.101.000.950.950.950.95

0.201.001.051.051.051.05

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50g/m3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：①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；②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：

2(5—10)

式中Z----局部阻力,Pa；

目——局部阻力系數，見表5—4；

u---空氣流速,m/s；

p—空氣密度，kg/m3c

上式表明，局部向為與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5—4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

序號名稱圖形和斷w同部阻力系數式;值以圖內所示速度v計算）

?/(?>1020304090120150

拿

1形A18形0.140.070.040.0S0.110.200.30

矩形0.250.130.100.120.190.270.37

*

2?當詔45?時r=0.18

Fl?/C)

石

1015202530

1.250.020.030.050.060.07

1.500.030.050.100.120.13

3r

1.750.050.0J0.140.170.19

管

2.000.0?0.130.200.230.26

4MB2.250.080.150.260.280.33

3.500.090.1?0.300.360.39

序號圖形和斷面局部阻力累數cr值以圖內所示速度。計算）

X

D1.5D2D2.SD3D6D10D

7.50.0280.0210.0180.0160.0140.01o.ooa

J1

■L±IS0.0580.0440.0370.0330.0290.0210.016

/。?。?。。81T

g300.110.0810.0690.0610.0540.0380.030

4rr

600.180.140.120.100.0910.0?40.0S1

w式中e?萬R

頭900.230.180.150.130.120.0830.066

1200.270.200.170.150.130.100.076

ISO0.300.220.190.170.IS0.110.084

1800.330.250.210.180.160.120.092

Fi/Fo

aH*\

風A

C_L□1.52.02.53.03.54.0

機1

出A100.080.090.100.100.110.11

口

5150.100.110.120.130.140.15

平J

r%c200.120.140.150.160.170.18

%1

管、250.150.180.210.230.250.26

300.180.250.300.330.350.35

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網務此條囹

序號名林圖彩和斷面局部阻力票敗口r值以班內所示的速度V）計算）

Li/Lt

“（以用內所示速度S計算）

“'

00.030.050.10.20.30.40.50.60.70.81.0

0.06-1.120.70一0.2。1.8210.323.842.464.3———

0.10-1.21一1?0€一0.780.063.007.6413.922.031.9——一

0.20-1.5C-1.4(-1.25-0.8S0.12L423.004.867.059.5012.4—

0.33-2.0(-1.M1.69一1.38766p0.1C0.701.482.243.103.955.76

0.50-3.0(-2.M-2.60-2.24-1.5C-0.85-0.24-0.300.791.261.602.18

0（以圖內所示速度叫計算）

0.060.000.050.05-0.05-0.5S-1.65-3.21-5.13——--—

Fi+F,-F^0.100.060.100.120.11-0.15-0.71-1.55-2.71-3.73——

。=45.

0.200.200.250.300.300.260.04-0.33-0.86-1.52-2.40-3.42—

0.330.370.420.480.480.500.400.20-0.12-0.5C-1.01-1.60-3.10

0.501.301.301.271.271.201.100.90+0.614-0.22-0.2C一0.68-1.52

序號名樣圖形利斷面局部用力系數?c值以圈內所示速度。。計算）

X

0102030405060708090

°”—10.050.31.02.57205010015008000

20.050.41.02.54830503506000

.

8

M

F二L30.050.20.72.351020401606000

”一因的葉片故

40.050.250.82.34815301006000

S0.050.200.61.B3.571328804000

h

耳0.100.20.30.40.50.60.70.80.91.0

，形

97.835104.62.060.980.440.170.060.05

ffl風管

9

7?*

19344.S17.88.124.022.080.950.393.290

■4?|1JMT

序號射形相?面疑，阻力康致堂以圍內所示速度V。計算）

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5—4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。

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”形二通。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u3=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:F3=F1+F2。

2.彎頭

當氣流流過彎頭時（見圖5—5）,由于氣流與管壁的沖擊，產生了渦流區I；又由于氣流

的慣性，使邊界層脫離內壁，產生了渦流區0。兩個渦流區的存在，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。

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，?般取曲率半徑R等于彎頭直徑的1一2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5—6是漸擴管中氣流的流動狀況，