8.0 概述 8.1 風管內(nèi)氣體流動的流態(tài)和阻力 8.2 風管內(nèi)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(tǒng)的管道設計計算,第8章通風管道系統(tǒng)的設計計算,定義：把符合衛(wèi)生標準的新鮮空氣輸送到室內(nèi)各需要地點，把室內(nèi)局部地區(qū)或設備散發(fā)的污濁、有害氣體直接排送到室外或經(jīng)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(diào)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(zhuǎn)。,設計內(nèi)容：風管及其部件的布置；管徑的確定；管內(nèi)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(tǒng)的初投資和日常運行維護費用最優(yōu)。,通風除塵管道,如圖，在風機4的動力作用下，排風罩（或排風口）1將室內(nèi)污染空氣吸入，經(jīng)管道2送入凈化設備3，經(jīng)凈化處理達到規(guī)定的排放標準后，通過風帽5排到室外大氣中。,空調(diào)送風系統(tǒng),如圖，在風機3的動力作用下，室外空氣進入新風口1，經(jīng)進氣處理設備2處理后達到 衛(wèi)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(nèi)。,8.1 風管內(nèi)氣體流動的流態(tài)和阻力,8.1.1 兩種流態(tài)及其判別分析,流體在管道內(nèi)流動時，其流動狀態(tài)，可以分為層流、紊流。 雷諾數(shù)既能判別流體在風道中流動時的流動狀態(tài)，又是計算風道摩擦阻力系數(shù)的基本參數(shù)。,在通風與空調(diào)工程中，雷諾數(shù)通常用右式表示：,8.1.2 風管內(nèi)空氣流動的阻力,產(chǎn)生阻力的原因： 空氣在風管內(nèi)流動之所以產(chǎn)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(nèi)部相對運動出現(xiàn)的摩擦阻力以及風管材料內(nèi)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,1 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(jù)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,摩擦阻力系數(shù)與管內(nèi)流態(tài)和風管管壁的粗糙度K/D有關,圖8-1 摩擦阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)和相對粗糙度的變化,有關過渡區(qū)的摩擦阻力系數(shù)計算公式很多，一般采用適用三個區(qū)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(jù)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(shù)中的任意兩個，即可求得其余兩個參數(shù)。,（8-7）,附錄4 通風管道單位長度摩擦阻力線算圖,需要說明的是，附錄4的線算圖是是按過渡區(qū)的值，在壓力B0=101.3kPa、溫度t0=200C、空氣密度0=1.24kg/m3、運動粘度=15.0610-6m2/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,有一通風系統(tǒng)，采用薄鋼板圓形風管（ K = 0.15 mm），已知風量L3600 m2/h（1 m3/s）。管徑D300 mm，空氣溫度t30。求風管管內(nèi)空氣流速和單位長度摩擦阻力。,例8-1,2. 矩形風管的沿程阻力計算,全國通用通風管道計算表和附錄4的線算圖是按圓形風管得出的，在進行矩形風管的摩擦阻力計算時，需要把矩形風管斷面尺寸折算成與之相當?shù)膱A形風管直徑，即當量直徑，再由此求得矩形風管的單位長度摩擦阻力。,所謂“當量直徑”，就是與矩形風管有相同單位長度摩擦阻力的圓形風管直徑，它有流速當量直徑和流量當量直徑兩種。,（1）流速當量直徑,（2）流量當量直徑,解 矩道風道內(nèi)空氣流速1）根據(jù)矩形風管的流速當量直徑Dv和實際流速V，求矩形風管的單位長度摩擦阻力。,有一表面光滑的磚砌風道（K=3mm），橫斷面尺寸為500mm 400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求單位長度摩阻力。,例8-2,由V=5m/s、Dv=444mm查圖得Rm0=0.62Pa/m,粗糙度修正系數(shù),由L=1m3/S、DL=487mm查圖2-3-1得Rm0=0.61Pa/m Rm=1.960.61=1.2 Pa/m,2）用流量當量直徑求矩形風管單位長度摩擦阻力。矩形風道的流量當量直徑,2 局部阻力,一般情況下，通風除塵、空氣調(diào)節(jié)和氣力輸送管道都要安裝一些諸如斷面變化的管件(如各種變徑管、變形管、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、排風口)，用以控制和調(diào)節(jié)管內(nèi)的氣流流動。 流體經(jīng)過這些管件時，由于邊壁或流量的變化，均勻流在這一局部地區(qū)遭到破壞，引起流速的大小，方向或分布的變化，或者氣流的合流與分流，使得氣流中出現(xiàn)渦流區(qū)，由此產(chǎn)生了局部損失。 多數(shù)局部阻力的計算還不能從理論上解決，必須借助于由實驗得來的經(jīng)驗公式或系數(shù)。局部阻力一般按下面公式確定：,局部阻力系數(shù)也不能從理論上求得，一般用實驗方法確定。在附錄5中列出了部分常見管件的局部阻力系數(shù)。,局部阻力在通風、空調(diào)系統(tǒng)中占有較大的比例，在設計時應加以注意。減小局部阻力的著眼點在于防止或推遲氣流與壁面的分離，避免漩渦區(qū)的產(chǎn)生或減小漩渦區(qū)的大小和強度。下面介紹幾種常用的減小局部阻力的措施。,減小局部阻力的措施,（1） 漸擴管和漸縮管,幾種常見的局部阻力產(chǎn)生的類型： 、突變 、漸變,、轉(zhuǎn)彎處 、分岔與會合,（2） 三通,圖8-4 三通支管和干管的連接,（3）彎管,圖8-5 圓形風管彎頭,圖8-6 矩形風管彎頭,圖8-7 設有導流片的直角彎頭,（4） 管道進出口,圖8-8 風管進出口阻力,（5） 管道和風機的連接,圖8-9 風機進出口管道連接,8.2 風管內(nèi)的壓力分布,8.2.1 動壓、靜壓和全壓,空氣在風管中流動時，由于風管阻力和流速變化，空氣的壓力是不斷變化的。研究風管內(nèi)壓力的分布規(guī)律，有助于我們正確設計通風和空調(diào)系統(tǒng)并使之經(jīng)濟合理、安全可靠的運行。,分析的原理是風流的能量方程和靜壓、動壓與全壓的關系式。,根據(jù)能量守恒定律，可以寫出空氣在管道內(nèi)流動時不同斷面間的能量方程（伯努利方程）。,我們可以利用上式對任一通風空調(diào)系統(tǒng)的壓力分布進行分析,8.2.2 風管內(nèi)空氣壓力的分布,把一套通風除塵系統(tǒng)內(nèi)氣流的動壓、靜壓和全壓的變化表示在以相對壓力為縱坐標的坐標圖上，就稱為通風除塵系統(tǒng)的壓力分布圖。 設有圖8-10所示的通風系統(tǒng)，空氣進出口都有局部阻力。分析該系統(tǒng)風管內(nèi)的壓力分布。,8.3 通風管道的水力計算,8.3.1 風道設計的內(nèi)容及原則,風道的水利計算分設計計算和校核計算兩類。,風道設計時必須遵循以下的原則： （1）系統(tǒng)要簡潔、靈活、可靠；便于安裝、調(diào)節(jié)、控制與維修。 （2）斷面尺寸要標準化。 （3）斷面形狀要與建筑結(jié)構(gòu)相配合，使其完美統(tǒng)一。,8.3.2 風道設計的方法,風管水力計算方法有假定流速法、壓損平均法和靜壓復得法等幾種，目前常用的是假定流速法。,8.3.3 風道設計的步驟,下面以假定流速法為例介紹風管水力計算的步驟。,（1）繪制通風或空調(diào)系統(tǒng)軸測圖,（2）確定合理的空氣流速,（3）根據(jù)各管段的風量和選擇的流速確定各管段的斷面尺寸，計算最不利環(huán)路的摩擦阻力和局部阻力,（4）并聯(lián)管路的阻力計算,（5）計算系統(tǒng)的總阻力,（6）選擇風機,7,l =3.7m,風機,8,l =12m,6,5,4,3,2,1,9,10,L=5500m3/h,L=2700m3/h,L=2650m3/h,l =4.2m,l =5.5m,l =5.5m,l =6.2m,通風除塵系統(tǒng)的系統(tǒng)圖,例8-3,l =5.4m,除塵器,圖8-11所示為某車間的振動篩除塵系統(tǒng)。采用矩形傘形排風罩排塵，風管用鋼板制作（粗糙度K0.15mm），輸送含有鐵礦粉塵的含塵氣體，氣體溫度為20。該系統(tǒng)采用CLS800型水膜除塵器，除塵器含塵氣流進口尺寸為318mm552mm，除塵器阻力900Pa。對該系統(tǒng)進行水力計算，確定該系統(tǒng)的風管斷面尺寸和阻力并選擇風機。,8.4 均勻送風管道設計計算,在通風、空調(diào)、冷庫、烘房及氣幕裝置中，常常要求把等量的空氣經(jīng)由風道側(cè)壁（開有條縫、孔口或短管）均勻的輸送到各個空間，以達到空間內(nèi)均勻的空氣分布。這種送風方式稱為均勻送風。,均勻送風管道通常有以下幾種形式：,（1）條縫寬度或孔口面積變化，風道斷面不變，如圖8-14所示。,圖8-14 風道斷面F及孔口流量系數(shù) 不變，孔口面積 變化的均勻吸送風,吹出,吸入,從條縫口吹出和吸入的速度分布,（2）風道斷面變化，條縫寬度或孔口面積不變，如圖8-15所示。,圖8-15風道斷面F變化，孔口流量系數(shù) 及孔口面積 不變的均勻送風,（3）風道斷面、條縫寬度或孔口面積都不變，如圖8-16所示。,風道斷面F及孔口面積 不變時，管內(nèi)靜壓會不斷增大，可以根據(jù)靜壓變化，在孔口上設置不同的阻體來改變流量系數(shù) 。,8.4.1 均勻送風管道的設計原理,風管內(nèi)流動的空氣，在管壁的垂直方向受到氣流靜壓作用，如果在管的側(cè)壁開孔，由于孔口內(nèi)外靜壓差的作用，空氣會在垂直管壁方向從孔口流出。但由于受到原有管內(nèi)軸向流速的影響，其孔口出流方向并非垂直于管壁，而是以合成速度沿風管軸線成 角的方向流出，如圖8-17所示。,圖8-17 孔口出流狀態(tài)圖,1. 出流的實際流速和流向,靜壓差產(chǎn)生的流速為：,空氣從孔口出流時，它的實際流速和出流方向不僅取決于靜壓產(chǎn)生的流速大小和方向，還受管內(nèi)流速的影響。孔口出流的實際速度為二者的合成速度。速度的大小為：,利用速度四邊形對角線法則，實際流速 的方向與風道軸線方向 的夾角（出流角）為,空氣在風管內(nèi)的軸向流速為：,2. 孔口出流的風量,對于孔口出流，流量可表示成：,孔口處平均流速：,3.實現(xiàn)均勻送風的條件,要實現(xiàn)均勻送風需要滿足下面兩個基本要求： 1）各側(cè)孔或短管的出流風量相等； 2）出口氣流盡量與管道側(cè)壁垂直，否則盡管風量相等也不會均勻。,從式（8-34）可以看出，對側(cè)孔面積 保持不變的均勻送風管道，要使各側(cè)孔的送風量保持相等，必需保證各側(cè)孔的靜壓 和流量系數(shù) 相等；要使出口氣流盡量保持垂直，要求出流角 接近90。,下面具體分析各項措施。,如圖8-18所示有兩個側(cè)孔，根據(jù)流體力學原理可知，斷面1處的全壓 應等于斷面2處的全壓 加上斷面1-2間的阻力，即,（1）保持各側(cè)孔靜壓相等,由此說明，欲使兩個側(cè)孔靜壓相等，就必須有,也就是說，若能使兩個側(cè)孔的動壓降等于兩側(cè)孔間的風管阻力，兩側(cè)孔處的靜壓就保持相等。,圖8-18 側(cè)孔出流狀態(tài)圖,（2）保持各側(cè)孔流量系數(shù)相等,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(cè)孔的出流角度 也愈大，即出流方向與管壁側(cè)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(cè)孔氣流出流方向與送風均勻性,8.4.2 均勻送風管道的計算,均勻送風管道計算的目的是確定側(cè)孔的個數(shù)、間距、面積及出風量，風管斷面尺寸和均勻送風管段的阻力。 均勻送風管道計算和一般送風管道計算相似，只是在計算側(cè)孔送風時的局部阻力系數(shù)時需要注意。側(cè)孔送風管道可以認為是支管長度為零的三通。當空氣從側(cè)孔出流時產(chǎn)生兩種局部阻力，即直通部分的局部阻力和側(cè)孔局部阻力。,直通部分的局部阻力系數(shù) 可以按布達柯夫提出的公式確定也可以由表8-7查出。,側(cè)孔的局部阻力系數(shù) 可以由塔利耶夫的試驗數(shù)據(jù)（表8-8）確定，也可以按下式計算,8.5 通風管道設計中的常見問題及其處理措施,8.5.1 系統(tǒng)劃分,8.5.2 風管的布置、選型及保溫與防腐,1.風管布置,2.風管選型,風管選型包括斷面形狀的選取，材料的選擇和管道規(guī)格。,3.風管保溫,4.風道的防腐,骯臟的室內(nèi)送風口散流器 提示通風系統(tǒng)內(nèi)過多的污垢,5.管道及其設備的清潔,過濾器可以截留顆粒物和水溶性氣體，但也容易滋生細菌,空調(diào)送風內(nèi)部孢子擴散引起過濾器霉菌污染,8.5.3 進排風口布置,8.5.4 防爆及防火,8.6 氣力輸送系統(tǒng)的管道設計計算,