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1、年第期 矩形风管当量直径的计算 刘传聚 同济 大学 提要 本 文就通风 空调工程 中应用广泛 的矩 形风管的摩擦 阻 力计算向 题 , 进行了分 析提 出目前使 用 的几种流量 量当径 计公算直式 , 适 用范围不 同 , 应区别情 次 , 正确 使用才能得 到正 确的计算结果 在 工业建 筑 , 特别是在民用建筑中 , 常 常 采用矩形 风管虽然矩形风管 较相同裁面 的圆形风管 表面 积大 , 因而管 道材料及 保 温 材料的用料 较多 , 同样流量的空气通过矩形 管 道的摩擦 阻力 也较大 , 但 由于矩形风 道及 局部构 件制作方便 , 易于与建筑结构 , 室内 装 饰 相配合 , 在通
2、风工程中 , 特别是在空调 工程中 , 应 用非常广 泛 。 矩形风管的水力计算比圆形只管的计算 复 杂 。 矩形风管甲存在两个变量即风管灼高 度和宽度 , 而在圆形管 道 中只有一个变量一 直 径 。 为了减少 变量 的个数和利用圆形风管 已有的计算图表 , 通常用矩 形风管的当量直 径来计 算管 道的摩滚阻力 。 先利用当量 直径 的概念 , 把矩 势管换算成圆形 管 , 再利用圆 形管道的线解图成计算表求 出其单位 管 长的 阻力 。 一 、 当量直径的概念 所谓矩形 管道的当量 直径是一 种假想的 五 、 结语 、 淋水室水系统设计 中应充分考虑三 通调节阀的 流量特性 、 流 动阻力
3、和流 通 能 力 , 决不能将调节阀视为普通阀 门 、 为提高淋水室处理空气的能力 , 应 尽量选用直线流量 特 性的三通调节阀 , 为 此 , 在水系统设计中要 给予充分配合 , 减少 一支 管路中的阻力 或采取 其它有效 措施 , 保证 那节卿理想流量特性的 实现 圆形管道的直径 , 这种圆形管道具有 与已知 的矩形管道相等的单位管 长摩擦阻力当量 直径分两种 , 期等这当量直径和等 流量当量 直径 。 如果 某一圆形管道中的空气 流速 与已 知的矩形管道 中的空气 流速 相等 , 并 且单位 管 一长的 摩擦阻力也 相等 , 则该圆形管道的直 径就称为已知的矩形风管的等速 当量直径 。
4、如果 某一圆形管道 牛的空气 流量与已知的矩 形管道 中的 流量 相等 , 并目单位 管 长的摩擦 阻力也相等 , 那末 , 这一圆形管道的直径就 称为此矩形管道的等 流量 当量直径 或流量 当 量 直径 。 根据流体刀学的原理 , 空气在任何 横截 面形状不变的 管道 中流动时 , 单位 管 一长的 摩 擦阻刀可按下式计算 、, , 找 , 二 八几下而万一屯 厂吸 任氏 式中 少 、一 摩擦阻力系敛 、一管道 内空气的平 均 流速 一管道内空气的密度 “ 一管道的水力半径 ,。 对 于圆形风 管 , 可按下式计算 、 在水泵 杨程计算 中 , 应将调节阀的 阻力单独 计入 。 参考文献 肖
5、勇全 “ 空 调淋水室的动态特 性及 其对调节的要 求 ”, 通 风除尘 , , 日 井上宇市著 , 范存养等 译空气调节手册 , 中国建筑工业出版 社 , 通风涂尘 对于两边长分别为和的矩形风管 , 一众 二一,书竺牛一 “ 一一 万 刃石千 厂 式 中风管的横截面积 “ 一湿周 长 , 在通风管 中即为风 管 横截面 的周长 , 一圆形风管直径 , 。 根据 等速当量 直径的定 义及 公式 可知 , 符合条件的即直径等于已知矩 形风 管的流速当量直径的 少圆形风管的水力半径 。必定 和该矩形风管的水力半径口 相等 及口 入 二 不犷尹 任 式中 入 、 入。分别为矩形风管 , 圆形风 管的
6、摩擦阻力系数 一通过风管的空气量 , 在进行通风管道 阻力计算时 , 采用空气 的质量流量是方便的 , 因为质量流量不 随 温度和压力 变化而变化 , 而空气的体积流量 却是它的温度和压力的函数 。 根据流量 当量直径的定义 , 从公式 和中可以得到 互 久 平 任 则 称为边长分别为和的矩形风管 的等速当量 直径 , 其单位与矩形 风管的边长 单位 相 同 公式适用 于宽高比小于 , 的 矩形风管 。 二 、 流量当量直径的计算方 法及分析 在实际的风管阻力计算中 , 通过风管 的 空气通常是 已知的 。 这 时 , 采用 流量 当量 直 径进行计算 , 会更 方便些 。 计算流量当量 直径
7、的公式有好几种 , 又 大多没有说明各自的 适用条件 , 引用时容易 发生 谱误 。 下面将通过 分析 , 阐明各个公式 的来源及 适用范围 , 以便正确 地进行矩形风 管的阻力计算 。 以流量和截面积 代替公式少中的流 速 , 求得 对矩形 截面风管 吞 。 入 。 厂 二“ 一系 列研究表明 , 摩擦阻力系数入值与 空气流动性质及管道壁面的粗糙度有关苏 联学者 、 洛巴耶夫教授认为 , 薄钢板制 作的通风管道中空气的流动状态处 于水力光 滑 管区至粗糙 管区的过渡区中 , 其摩擦阻力 , ,、, 、, 二 二 、 系数取决于雷诺数和相对粗糙度 一苦 由、 恻 、夕、“ 山阴 、“”曰”目
8、泌 ,思汉 囚 于矩形风管 与具有流量 当量直径的圆形管道 绝对粗糙度相同 , 则摩擦阻力系数仅为流量 的函数风道计算 、 洛巴耶夫著 , 王天富等译 。 因此 , 当两管 中流量相等 时 , 入 二入。 由公式得到 一 扩 爵 。 “ 二 一 丫彭 对圆形 截面 风 管 吐互 二 , 卫兰一 , 式中 。一边长分别 为和 的矩形风 管的流量 当量直径 。 另一方法是苏联马克西莫夫教授 提 出的 。 把通风管道中的空气 流动状态看作 处于水力光滑区 , 其摩擦阻力系数为 入 。 “ 。年第 期 由于园形风管与矩形风管在几何上并不 相似 , 用于圆形风管的摩擦阻力系数计算式 当然不能用于矩形风管
9、 。 但是 , 实验 表明 , 在流体充满管道的情况下 , 对摩擦阻 力系数入起决定作用的是雷诺数 , 而管道 的截面形状只 是次要的影 响因素 。 当矩形风 管的高宽比小于时 , 只要将数中的 定性尺寸用代替为管道的水力 半径 , 公式就可用 于任何截面形状 的风管计算 。 对于边长分别为和的矩形风 “ 。“ ” ”“ 英美资料大都把摩擦 阻力系数的表达 式 取为入 。 “ 。, 管道的摩擦阻力 与管 内 流速的次方成正比 , 可以得到 流量 当 量 直径计算公式的另一形式手 册 , 基础卷年 , 一 一 , 。八 。 一 “ 丫五千石万 了 管 ,。 口 。 口二二 二 “ 。 念 ” ”
10、“ 。八 “ 口 一丁一一一下一下一一不一 石 一一 吸 十匕 “ 由公式可 知 , 具有某一矩形风管的流 量当是直 径的 圆形风管摩擦 阻力系数入 。与该 矩形风 管的摩擦阻力系数入的比值为 三凳 共 月 , “ 。 。 。 , “ 沪 一一一乙 卜 一内曰 臼 一一 机 一 叭 由于粤 任 二 。 。二 , 所以 入 。 了二旦业生、 一 、 , 将式代六式得 “ 尸 一 抽 一一 盯 一红 艺 一卜 兀一 奋 不 了、 一万飞 一 气匕卞 。 , 一 。笔 川竺 二“ 二 兀 一 了 。 旦 “ “ “ “ , 三 、 结论 矩形风管与具有该矩形风管等速当量 直径的园形风管的水力半径相等
11、 , 管内 流 速相等 , 管内流动的雷诺数相等 , 因而两 个管道 内的摩擦阻力系数入相等 , 单位 管 一长 的摩擦阻力相等 。 用矩形风管的等速当量直 径和矩形风管 内的实际 流速计算管道 摩捺阻 力的方法 适用于水力光滑管区及素 流 过渡 区 。 计算流量当量直径的公式 , 适 用 于紊流过渡区对于薄钢板制作的通风管 道 , 其 当量绝对粗糙度为。 , 管 内风 速在至拐范围内 , 其 流动状态 均 属于紊流过渡区 , 都可以使用公式计 算流量当量直 径 , 并配合适用于紊流过渡区 的摩擦阻力线算图表计算风管的摩擦阻 力 公式及 , 适用于计算水 力光滑管区的矩形风管的流量当量 直径
12、, 并 应配合使用根据水力光滑管区阻力计算公式 制成的线算图表 。 顺便抬出 , 公式 。 卜的常数 , 在李文尧编著的通风管退没计 分斗下学技 术 出版社年版中为 几 , 而在清华大 下转第页 年第期 代入 , 经整 理得 卜 。 盖 。 辛 一 半 , 石人 式 式表明 , 如 人笋, , 便不能 成立 。 式还表明 , 并联 分路 ,的阻力 由两部分组成一部分是通 常的局部阻力和摩擦阻力 , 另 一部分即 。 李 一 李 , 是 由并 联 分路 ” 一 “ 人 产 一 “ 川” , 、 只 间的 温差造 成的 , 这 里姑且称为温差阻力 , 它不随流速而变化 乙乙乙 图 夏季 , 若流动
13、方向 与冬季相反 , 则有 孟 。 弄 一 华 泥、 “ 一 、 盗 , 二 , 丢 对比式和式可知 , 当气 流 从下往上 流时 , 温差阻力 出现在 温度较低 的 恫室 , 使它的风量减少 。 反之 , 气流从匕往下 流时 , 温差 阻力出现在温度 较高的炯室 , 使 它的风量 减少 。 因此对于冬夏自然通风 流向 相反的地下工程 , 温差阻力在冬季使冷娟室 的有害物 难以排 除在夏季则使热恫室的热 量和有害物难于排 除 。 对于前面讨论 的自然 通风定向 流动的地下工程 , 温差阻力 全年都 使冷峋室通风不良 在整个地下工程采用 自然通 风时 , 必须 注意存在温差阻力的恫室 , 应为温
14、差阻力较 大的蛔室增设专门的机械通 风在 计算并联 炯室 间的风量 分配时 , 若忽略了温差 阻力 , 导将致设计失败 。 最后值得提出的是水电系统在 地下水 电站的设计和长期运行中 , 创造了许多采用 自然通风的成功例子 , 这些采用自然通 风成功的地下水 电站 , 往往炯形复杂 , 炯体 很长几 百米甚至近千米 。 因此将采用 自 然通风的对象限于 炯形不复 杂 、 桐体又 不长 约左 右 的地下工程 是 不 必 要 的 。 参考文献 地 下建筑暖通 空调设计手册 编写 组地 下建 筑暖通 空调设计手 册 , 中国建筑工业出版社 , 隋鹏程 , 地下工程 通风与空调 , 冶金工业 出版社 , 王治本 水 电站地下厂房自然通风设计 和 运 行悄况 ” , 了水电暖通空调技术 , , 。叮 上接第页 学 , 西安冶金建筑学 院等四校合编的空气 调节中国建筑工业出版社年版一 书为 。 本文作者认为 , 小数 点后两个数 字恐均系推导 公式 中的差错所致 。 通风管 道设计 一书作者通过 例题指 出 , 采用系数 为的公式计算结果偏大肠 。 其实这个 偏差正是常数抓误为所造成的 。
