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1、通风管道的设计计算,第一章,第一章：通风管道的设计计算,通风管道计算有两个基本的任务： 一是确定管道的阻力, 以确定通风除尘系统所需的风机性能; 二是确定管道的尺寸(直径)，管道设计的合理与否直接影响系统的投资费用和运行费用。,一. 管道压力计算 (一) 管道的阻力计算 管道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力. 摩擦阻力由空气的粘性力及空气与管壁之间的摩擦作用产生, 它发生在整个管道的沿程上, 因此也称为沿程阻力。,第一章：通风管道的设计计算,管道的阻力计算 局部阻力则是空气通过管道的转弯, 断面变化, 连接部件等处时, 由于涡流、冲击作用产生的能量损失.,第一章：通风管道的设计计算,6.1.1摩擦
2、阻力的计算,其中：为摩阻系数， l为管长，d为管径或流速当量直径（4Rs，Rs=f/x），Rm为单位长度摩擦阻力。,（6-2-1）,摩阻系数的确定：,1、层流区Re2000,2、临界区Re=2000-4000,3、紊流区Re4000,2.3.1.2摩擦阻力计算 值的确定,Rm值的计算和修正 制成图表，已知流量、管径、流速、阻力四个参数中两个，可查得其余两个，是在一定条件下锝出,Rm值的计算和查取（标准状态下）：,返回,返回,Rm值的修正： （1）密度、运动粘度的修正,（2）温度、大气压和热交换修正,继续,式中,（3）管壁粗糙度的修正,矩形风管的摩擦阻力计算 主要考虑当量直径的确定，有流速当量直
3、径和流量当量直径 （1）流速当量直径,例6-1有一表面光滑的砖砌风道（K3mm），断面500400mm，L1m3/s，求Rm,解：v1(0.4 0.5)=5 m/s Dv=2ab/(a+b)=444mm 查图2-3-1 得Rm00.62Pa/m Kr=(3 5)0.25=1.96 Rm=1.96 0.62=1.22 Pa/m,（2）流量当量直径,例2 同例1 解：v1(0.4 0.5)=5 m/s DL=1.3(ab)0.625/(a+b)0.25=478mm 查图2-3-1 得Rm00.61Pa/m Kr=(3 5)0.25=1.96 Rm=1.96 0.61=1.2Pa/m,2. 局部阻力
4、 局部阻力计算式为: Z=U2/2 Pa 其中为局部阻力系数, 根据不同的构件查表获得. 在通风除尘管网中, 连接部件很多, 因此局部阻力较大, 为了减少系统运行的能耗, 在设计管网系统时, 应尽可能降低管网的局部阻力. 降低管网的局部阻力可采取以下措施: (1) 避免风管断面的突然变化;,第一章：通风管道的设计计算,2. 局部阻力 (2) 减少风管的转弯数量, 尽可能增大转弯半径; (3) 三通汇流要防止出现引射现象, 尽可能做到各分支管内流速相等. 分支管道中心线夹角要尽可能小, 一般要求不大于30; (4) 降低排风口的出口流速, 减少出口的动压损失; (5) 通风系统各部件及设备之间的
5、连接要合理, 风管布置要合理.,第一章：通风管道的设计计算,(二) 管内压力分布 分析管内压力分布的目的是了解管内压力的分布规律, 为管网系统的设计和运行管理提供依据. 分析的原理是风流的能量方程和静压、动压与全压的关系式.,第一章：通风管道的设计计算,气体管网压力分布图,主要结论： (1) 风机的风压等于风管的阻力和出口动压损失之和; (2) 风机吸入段的全压和静压都是负值, 风机入口处的负压最大; 风机压出段的全压和静压都是正值, 在出口处正压最大; (3) 各分支管道的压力自动平衡.,第一章：通风管道的设计计算,水力计算步骤（假定流速法）,计算前，完成管网布置，确定流量分配 绘草图，编号
6、 确定流速 确定管径 计算各管段阻力 平衡并联管路 计算总阻力，计算管网特性曲线 根据管网特性曲线，选择动力设备,水力计算步骤（平均压损法）,计算前，完成管网布置，确定流量分配 绘系统图，编号，标管段L和Q，定最不利环路。 根据资用动力，计算其平均Rm。 根据Rm和各管段Q，确定其各管段管径。 确定各并联支路的资用动力，计算其Rm 。 根据各并联支路Rm和各管段Q，确定其管径。,水力计算步骤（静压复得法）,计算前，完成管网布置 确定管道上各孔口的出流速度。 计算各孔口处的管内静压Pj和流量。 顺流向定第一孔口处管内流速、全压和管道尺寸。 计算第一孔口到第二孔口的阻力P12。 计算第二孔口处的动
7、压Pd2。 计算第二孔口处的管内流速，确定该处的管道尺寸。 以此类推，直到确定最后一个孔口处的管道断面尺寸。,计算例题,例6-5 如图所示通风管网。风管用钢板制作，输送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。除尘器阻力为1200Pa，对该管网进行水力计算，并获得管网特性曲线。,返回,解：,1对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。 2选定最不利环路，本系统选择1-3-5-除尘器-6-风机-7为最不利环路。 3根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。 根据表2-3-3，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内最小风速为：垂直风管12m/s，水平风管14
8、m/s。 考虑到除尘器及风管漏风，取 5的漏风系数，管段 6及 7的计算风量为 6300*1.05 6615m3h。,返回,管段1 水平风管，初定流速为14m/s。根据 Ql 1500m3/h（0.42m3/s）、v1= 14m/s所选管径按通风管道统一规格调整为：D1200mm；实际流速v113.4m/s；由图2-3-1查得，Rm1=12.5Pa/m 同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，具体结果见表2-3-5。 4.确定管段2、4的管径及单位长度摩擦力，见表2-3-5。 5.计算各管段局部阻力 例如：,继续,420,返回,6.计算各管段的沿程阻力和局部阻力(见表2-3-5) 7.对并
9、联管路进行阻力平衡：,继续,图,返回,8.计算系统总阻力，获得管网特性曲线 最不利环路所有串联管路1-3-5-6-7阻力之和。,继续,返回1,返回2,均匀送风管道设计,一、设计原理,继续,静压产生的流速为：,空气在风管内的流速为：,空气从孔口出流时的流速为：,如图所示：出流角为：,返回,孔口出流风量：,由上式得f0上的平均流速v0为：,继续,返回,风口的流速分布如图：（矩形送风管断面不变）,*要实现均匀送风可采取的措施（如图） 1、设阻体； 2、改变断面积； 3、改变送风口断面积； 4、增大F，减小f0。,继续,返回,二、实现均匀送风的基本条件： 保持各侧孔静压、流量系数相等, 增大出流角。
10、1、保持各侧孔静压Pj相等；,2、保持各侧孔流量系数相等； 与孔口形状、流角以及L0/L= 有关，当大于600， 一般等于0.6,3、增大出流角，大于600，接近900。,返回,三、直流三通局部阻力系数和侧孔流量系数 1、直流三通局部阻力系数：由L0/L查表2-3-6； 2、侧孔流量系数=0.60.65； 四、均匀送风管道计算方法,继续,返回,五、计算例题 如图所示：总风量为8000m3/h的圆形均匀送风管道采用8个等面积的侧孔均匀送风，孔间距为1.5M，确定其孔口面积、风管各断面直径及总阻力。,继续,解：1、确定孔口平均流速v0，,注意：把每一段起始断面的动压作为该管段的平均动压，并假设、为
11、常数，将产生一定误差，但在工程实际是允许的。,一、系统划分,当车间内不同地点有不同的送、排风要求，或车间面积较大，送、排风点较多时，为便于运行管理，常分设多个送、排风系统。除个别情况外，通常是由一台风机与其联系在一起的管道及设备构成一个系统。系统划分的原则： 1空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划为同一系统。 2同一生产流程、运行班次和运行时间相同的，可划为同一系统。 3对下列情况应单独设置排风系统： （1）两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧或爆炸； （2）两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐蚀性的混合物或化合物； （3）两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘； （4）放散剧毒物
12、质的房间和设备。,第一章：通风管道的设计计算,4除尘系统的划分应符合下列要求： （1）同一生产流程、同时工作的扬尘点相距不大时，宜合为一个系统； （2）同时工作但粉尘种类不同的扬尘点，当工艺允许不同粉尘混合回收或粉尘无回收价值时，也可合设一个系统； （3）温湿度不同的含尘气体，当混合后可能导致风管风结露时，应分设系统。 5如排风量大的排风点位于风机附近，不宜和远处排风量小的排风点合为同一系统。增设该排风点后会增大系统总阻力。,第一章：通风管道的设计计算,通风管道系统划分,二、风管布置,风管布置直接关系到通风、空调系统的总体布置，它与工艺、土建、电气、给排水等专业关系密切，应相互配合、协调一致。
13、 1除尘系统的排风点不宜过多，以利各支管间阻力平衡。如排风点多，可用大断面集合管连接各支管。集合管内流速不宜超过3m/s，集合管下部设卸灰装置。 2除尘风管应尽可能垂直或倾斜敷设，倾斜敷设时与水平面夹角最好大于45。如必需水平敷设或倾角小于30时，应采取措施，如加大流速、设清扫口等。 3输送含有蒸汽、雾滴的气体时，如表面处理车间的排风管道，应用不小于0.005的坡度，以排除积液，并应在风管的紧低点和风机底部装设水封泄液管。 4在除尘系统中，为防止风管堵塞，风管直径不宜小于下列数值： 排送细小粉尘 80mm 排送较粗粉尘（如木屑） 100mm 排送粗粉尘（有小块物体） 130mm 5排除含有剧毒
14、物质的正压风管，不应穿过其它房间。 6风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测定孔和采样孔等）或预留安装测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作和观察的地点。 7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。,第一章：通风管道的设计计算,风管布置,三、风管断面形状的选择和管道定型化,（一）风管断面形状的选择 风管断面形状有圆形和矩形两种。两者相比，在相同断面积时圆形风管的阻力小、材料省、强度也大；圆形风管直径较小时比较容易制造，保温亦方便。但是圆形风管管件的放样、制作较矩形风管困难；布置时不易与建筑、结构
15、配合，明装时不易布置得美观。,当风管中流速较高，风管直径较小时，例如除尘系统和高速空调系统都用圆形风管。当风管断面尺寸大时，为了充分利用建筑空间，通常采用矩形风管。例如民用建筑空调系统都采用矩形风管。 矩形风管与相同断面积圆形风管的阻力比值为： 式中 Rj矩形风管的比摩阻； Ry圆形风管的比摩阻； a、b矩形风管的两个边长。在风管断面积一定时，宽高比a/b的值增大，Rj/Ry的比值也增大。 矩形风管的宽高比最高可达81，但自11至81表面积要增加60%。因此设计风管时，除特殊情况外，宽高比愈近接于1愈好，可以节省动力及制造和安装费用。适宜的宽高比在3.0以下。,(二)管道定型化 随着我国国民经
16、济的发展，通风，空调工程大量增加。为了最大限度地利用板材，实现风管制作，安装机械化、工厂化，在国家建委组织下，1975年确定了通风管道统一规格。 通风管道统一规格有圆形和矩形两类。必须指出： 1通风管道统一规格中，圆管的直径是指外径，矩形断面尺寸是其外边长，即尺寸中都包括了相应的材料厚度。 2为了满足阻力平衡的需要，除尘风管和气密性风管的管径规格较多。 3管道的断面尺寸(直径和边长)采用R20系列，即管道断面尺寸是以公比数1.12的倍数来编制的。,四、风管材料的选择,用作风管的材料有薄钢板、硬聚氯乙烯塑料板、胶合板、纤维板，矿渣石膏板，砖及混凝土等。需要经常移动的风管，则大多用柔性材料制成各种软管，如塑料软管、橡胶管及金属软管等。,风管材料应根据使用要求和就地取材的原则选用。 薄钢板是最常用的材料，有普通薄钢板和镀锌薄钢板两种。它们的优点是易于工业化加工制作、安装方便、能承受较高温度。镀锌钢板具有一定的防腐性能，适用于空气湿度较高或室内潮湿的通风、空调系统，有净化要求的空调系统。除尘系统因管壁摩损大，通常用厚度为1.
