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1、单元6通风系统风道的设计计算 知识点 风道中流动阻力计算方法及各项修正 流速控制法进行风道设计计算的方法与步骤 均匀风道设计计算 风道中空气压力分布规律 风道压力分布图的绘制方法 风道的定型化 风道断面形状和材料的选择要求 风道布置 系统划分的基本原则和防火防爆的技术措施 通风工程施工图的构造与要求 学习目标 掌握风道中流动阻力计算方法及各项修正 掌握流速控制法进行风道设计计算的方法与步骤 掌握均匀风道设计计算 理解风道中空气压力分布规律 风道压力分布图的绘制方法 掌握风道的定型化 风道断面形状和材料的选择要求 掌握风道布置 系统划分的基本原则和防火防爆的技术措施 掌握通风空调工程施工图的构造
2、与要求 能识读和绘制通风工程施工图 通风管道是通风和空调系统的重要组成部分 设计计算目的是 在保证要求的风量分配前提下 合理确定风管布置和尺寸 使系统的初投资和运行费用综合最优 通风管道系统的设计直接影响到通风空调系统的使用效果和技术经济性能 目录 6 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 通风空调施工图 风道设计中的有关问题 风道压力分布 均匀送风管道设计计算 风道的水力计算 风道阻力 6 1风道阻力 根据流体力学可知 空气在管道内流动 必然要克服阻力产生能量损失 空气在管道内流动有两种形式的阻力 即摩擦阻力和局部阻力 6 1 1摩擦阻力 由于空气本身的粘滞性和管壁的粗糙度所引起的空气
3、与管壁间的摩擦而产生的阻力称为摩擦阻力 克服摩擦阻力而引起的能量损失称为摩擦阻力损失 简称沿程损失 空气在横断面不变的管道内流动时 沿程损失可按下式计算 6 1 6 1风道阻力 式中 风道的沿程损失 Pa 摩擦阻力系数 风道内空气的平均流速 m s 空气的密度 kg m3 风道的长度 m 风道的水力半径 m 6 2 管道中充满流体部分的横断面积 m2 湿周 在通风系统中即为风管周长 m 单位长度的摩擦阻力 也称比摩阻 为 6 1风道阻力 Pa m 6 3 1 圆形风管的沿程损失对于圆形风管 式中 风管直径 则圆形风管的沿程损失和单位长度沿程损失分别为 Pa 6 4 Pa m 6 5 6 1风道
4、阻力 摩擦阻力系数与风管管壁的粗糙度和管内空气的流动状态有关 在通风和空调系统中 薄钢板风管的空气流动状态大多数属于紊流光滑区到粗糙区之间的过渡区 通常 高速风管的流动状态也处于过渡区 只有流速很高表面粗糙的砖 混凝土风管流动状态才属于粗糙区 因此 对于通风和空调系统中 空气流动状态多处于紊流过度区 在这一区域中用下式计算 6 6 式中 风管内壁的当量绝对粗糙度 mm 雷诺数 6 7 式中 风管内流体 空气 的运动粘度 m2 s 6 1风道阻力 在通风管道设计中 为了简化计算 可根据公式 6 5 和式 6 6 绘制的各种形式的线算图或计算表进行计算 附录6 1为风管单位长度沿程损失线算图 附录
5、6 2为圆形风管计算表 只要知道风量 管径 比摩阻 流速四个参数中的任意两个 即可求出其余的两个参数 附录6 1和附录6 2的编制条件式 大气压力为101 3kPa 温度为20 空气密度为1 2kg m3 运动粘度为15 06 10 6m2 s 管壁粗糙度k 0 15mm 当实际使用条件与上述条件不同时 应进行修正 大气温度和大气压力的修正Pa m 6 8 式中 实际使用条件下的单位长度沿程损失 Pa m 温度修正系数 大气压力修正系数 线算图或表中查出的单位长度沿程损失 Pa m 6 1风道阻力 0 825 6 9 0 9 6 10 式中 实际的空气温度 实际的大气压力 kPa 和也可直接由
6、图6 1查得 6 1风道阻力 图6 1温度和大气压力曲线 6 1风道阻力 绝对粗糙度的修正通过空调工程中常采用不同材料制成的风管 各种材料的绝对粗糙度见表6 1 6 11 式中 粗糙度修正系数 0 25 6 12 管内空气流速 m s 6 1风道阻力 例6 1 已知太原市某厂已通风系统采用钢板制圆形风道 风量L 1000m3 h 管内空气流速v 10m s 空气温度t 80 求风管的管径和单位长度的沿程损失 解由附录6 1查得 D 200 6 8Pa m 太原市大气压力 B 91 9kPa由图6 1查得 0 86 0 92所以 0 86 0 92 6 8 5 38Pa m 2 矩形风管的沿程损
7、失风管阻力损失的计算图表市根据圆形风管绘制的 当风管截面为矩形时 需首先把矩形风管断面尺寸折算成相当于圆形风管的当量直径 再由此求出矩形风管的单位长度摩擦阻力损失 当量直径就是与矩形风管有相同单位长度沿程损失的圆形风管直径 它分为流速当量直径和流量当量直径两种 6 1风道阻力 各种材料的粗糙度表6 1 6 1风道阻力 流速当量直径假设某一圆形风管中的空气流速与矩形风管中的空气流速相等 且两风管的单位长度沿程损失相等 此时圆形风管的直径就称为该矩形风管的流速当量直径 以Dv表示圆形风管水力半径 6 13 矩形风管水力半径 6 14 式中 矩形风管的长度和宽度 6 1风道阻力 根据式 6 3 当流
8、速与比摩阻均相同时 水力半径必相等则有 6 15 流量当量直径假设某一圆形风管中的空气流量与矩形风管中的空气流量相等 且两风管的单位长度沿程损失也相等 此时圆形风管的直径就称为该矩形风管的流量当量直径 以DL表示 圆形风管流量 6 1风道阻力 矩形风管流量 令 则 1 265 6 16 6 1风道阻力 必须说明 利用当量直径求矩形风管的沿程损失 要注意其对应关系 当采用流速当量直径时 必须采用矩形风管内的空气流速去查沿程损失 当流量当量直径时 必须用矩形风管中的空气流量去查单位管长沿程损失 这两种方法得出的矩形风管比摩阻是相等的 为方便起见 附录6 3列出了标准尺寸的钢板矩形风管计算表 制表条
9、件同附录6 1 附录6 2 这样即可直接查出对应矩形风管的单位管长沿程损失 但应注意表中的风量是按风道长边和短边的内边长得出的 6 1风道阻力 例6 2 有一钢板制矩形风道 K 0 15mm 断面尺寸为500 250mm 流量为2700m3 h 空气温度为50 求单位长度摩擦阻力损失 解一矩形风管内空气流速 m s流速当量直径 m由 6m s 330mm 查附录6 1得 1 2Pa m由图6 1查得t 50 时 0 92所以 0 92 1 2 1 1Pa m 6 1风道阻力 解二流量当量直径 1 265 1 265m由L 2700m3 h 384mm查附录6 1得 1 2Pa m所以 0 92
10、 1 2 1 1Pa m解三利用附录6 3 查矩形风道500 250mm当 6m s时 L 2660m3 h 1 08Pa m当 6 5m s时 L 2881m3 h 1 27Pa m由内插法求得 当L 2700m3 h时 6 09m s 1 12Pa m则 1 12 0 92 1 03Pa m 6 1风道阻力 6 1 2局部阻力 风道中流动的空气 当其方向和断面的大小发生变化或通过管件设备时 由于在边界急剧改变的区域出现旋涡区和流速的重新分布而产生的阻力称为局部阻力 克服局部阻力而引起的能量损失称为局部阻力损失 简称局部损失 局部损失按下式计算 Pa 6 17 式中 局部损失 Pa 局部阻力
11、系数 局部阻力系数通常用实验方法确定 附录6 4中列出了部分管件的局部阻力系数 在计算局部阻力时 一定要注意值所对应的空气流速 6 1风道阻力 在通风系统中 局部阻力所造成的能量损失占有很大的比例 甚至时主要的能量损失 为减小局部阻力 以利于节能 在设计中应尽量减小局部阻力 通常采用以下措施 1 布置管道时 应力求管线短直 减少弯头 圆形风管弯头的曲率半径一般应大于 1 2 倍管径 见图6 2 矩形风管弯头的长宽比愈大 阻力愈小 应优先采用 见图6 3 必要时可在弯头内部设置导流叶片 见图6 4 以减小阻力 应尽量采用转角小的弯头 用弧弯代替直角弯 如图6 5所示 2 避免风管断面的突然变化
12、管道变径时 尽量利用渐扩 渐缩代替突扩 突缩 其中心角最好在8 10 不超过45 如图6 6 3 管道和风机的连接要尽量避免在接管处产生局部涡流 如图6 7所示 6 1风道阻力 图6 2圆形风管弯头 6 1风道阻力 图6 3矩形风管弯头 6 1风道阻力 图6 4导流叶片 6 1风道阻力 图6 5几种矩形弯头的局部阻力系数 6 1风道阻力 图6 6渐扩管内的空气流动 6 1风道阻力 图6 7风机进出口的管道连接 6 1风道阻力 4 三通的局部阻力大小与断面形状 两支管夹角 支管与总管的截面比有关 为减小三通的局部阻力 应尽量使支管与干管连接的夹角不超过30 如图6 8所示 当合流三通内直管的气流
13、速度大于支管的气流速度时 会发生直管气流引射支管气流的作用 有时支管的局部阻力出现负值 同样直管的局部阻力也会出现负值 但不可能同时出现负值 为避免引射时的能量损失 减小局部阻力 如图6 9 应使 即F1 F2 F3 以避免出现这种现象 6 1风道阻力 图6 8风管进口 6 1风道阻力 图6 9三通支管和干管的连接 6 1风道阻力 5 风管的进 出口 气流流出时将流出前的能量全部损失掉 损失值等于出口动压 因此可采用渐扩管 扩压管 来降低出口动压损失 图6 10所示 空气进入风管会产生涡流而造成局部阻力 可采取措施减少涡流 降低其局部阻力 6 1 3总阻力 摩擦阻力与局部阻力之和总阻力 克服摩
14、擦阻力和局部阻力而引起的能量损失称为称总阻力损失 6 18 式中 管段总阻力损失 Pa 6 1风道阻力 图6 10合流三通 6 2风道的水力计算 6 2 1风道布置设计原则 风管布置直接影响通风 空调系统的总体布置 与工艺 土建 电气 给排水 消防等专业关系密切 应相互配合 协调 1 布置中应使风管少占建筑空间并妨碍生产操作 常沿着墙 柱 楼板屋梁或屋架敷设 安装在支架或吊架上 2 除尘风管应尽可能垂直或倾斜敷设 倾斜时与水平面夹角最好大于45 如必须水平敷设或倾角小于30 时 应采取措施 如加大流速 设清洁口等 3 当输送含有蒸汽 雾滴的气体时 应有不小于0 005的坡度 并在风管的最低点和
15、风机底部设水封泄液管 注意水封高度应满足各种运行情况的要求 6 2风道的水力计算 4 有爆炸危险厂房的排风管道及排除有爆炸危险物质的风管 不应穿越防火墙 其他风管不宜穿过防火墙和不燃性楼板等防火分隔物 如必须穿过时 应在穿过处设防火阀 在防火阀两侧2m范围内的风管及保温材料 应采用不燃材料 风管穿过处的缝隙应用防火材料封堵 5 可燃气体管道 可燃液体管道和电线 排水管道等 不得穿越风管的内腔 也不得沿风管的外壁敷设 可燃气体管道和可燃气体管道 不应穿过风机室 6 风管内设有电加热器时 电加热器前后各800mm范围内的风管和穿过设有火源等容易起火房间的风管及保温材料均应采用不燃材料 6 2风道的
16、水力计算 7 风管上应设必需的调节和测量装置 如阀门 压力表 温度计 测定孔和采样孔等 或预留安装测量装置的接口 且应设在便于操作和观察的地点 8 风管的布置应力求顺直 避免复杂的局部管件 弯头 三通等管件要安排得当 与风管的连接要合理 以减少阻力和噪声 9 对于排除有害气体和含有粉尘的通风系统 其风管的排风口宜采用锥形风帽或防雨风帽 6 2风道的水力计算 6 2 2风道水力计算方法 风管水力计算的方法主要有以下三种 1 等压损法该方法是以单位长度风道有相等的压力损失为前提条件 在已知总作用压力的情况下 将总压力值按干管长度平均分配给各部分 再根据各部分的风量确定风管断面尺寸 该法适用于风机压头已定及进行分支管路阻力平衡等场合 2 假定流速法该方法是以技术经济要求的空气流速作为控制指标 再根据风量来确定风管的断面尺寸和压力损失 目前常用此法进行水利计算 6 2风道的水力计算 3 静压复得法该方法是利用风管分支处复得的静压来克服该管段的阻力 根据这一原则确定风管的断面尺寸 此法适用于高速风道的水力计算 6 2 3流速控制法计算方法和步骤 1 绘制系统轴测示意图 并对各管段进行编号 标注长
