通风管道系统的设计计算

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1、8.0 概述8.1 风管内气体流动的流态和阻力8.2 风管内的压力分布8.3 通风管道的水力计算8.4 均匀送风管道设计计算8.5 通风管道设计中的常见问题及其处理措施8.6 气力输送系统的管道设计计算第第8 8章章 通风管道系统的设计计算通风管道系统的设计计算11. 通风管道系统的定义：把符合卫生标准的新鲜空气输送到 室内各需要地点，把室内局部地区或设备散发的污浊、有害 气体直接排送到室外或经净化处理后排送到室外的管道。8.0 概 述2. 分类：包括通风除尘管道、空调管道等。3. 作用：把通风进风口、空气的热、湿及净化处理设备、送 (排)风口、部件和风机连成一个整体，使之有效运转。4. 设计

2、内容：风管及其部件的布置；管径的确定；管内气体 流动时能量损耗的计算；风机和电动机功率的选择。5. 设计目标：在满足工艺设计要求和保证使用效果的前提下 ，合理地组织空气流动，使系统的初投资和日常运行维护费 用最优。 2通风除尘管道4 4 风机风机1 1 排排风罩风罩5 5 风帽风帽1 1 排排风罩风罩2 2 风管风管有害气体有害气体室外大气室外大气3 3 净化设备净化设备如图，在风机4的动力作用下，排风罩（或排风口）1 将室内污染空气吸入，经管道2送入净化设备3，经净化处 理达到规定的排放标准后，通过风帽5排到室外大气中。通风除尘管道的敷设通风除尘管道的敷设3空调送风系统空调送风系统3 3 风

3、机风机1 1新风口新风口室外大气室外大气2 2 进进气气处理设备处理设备4 4 风管风管5 5 送风口送风口室内室内如图，在风机3的动力作用下，室外空气进入新风口1 ，经进气处理设备2处理后达到 卫生标准或工艺要求后， 由风管4输送并分配到各送风口5 ，由风口送入室内。48.1 8.1 风管内气体流动的流态和阻力风管内气体流动的流态和阻力8.1.1 两种流态及其判别分析流体在管道内流动时，其流动状态，可以分为层流、 紊流。雷诺数既能判别流体在风道中流动时的流动状态，又 是计算风道摩擦阻力系数的基本参数。在通风风与空调调工程中，雷诺诺数通常用右式表示 ： 8.1.2 风管内空气流动的阻力l 产生

4、阻力的原因：空气在风管内流动之所以产生阻力是因为空气是具有 粘滞性的实际流体，在运动过程中要克服内部相对运 动出现的摩擦阻力以及风管材料内表面的粗糙程度对 气体的阻滞作用和扰动作用。 l 阻力的分类：摩擦阻力或沿程阻力；局部阻力51 1 沿程阻力沿程阻力空气在任意横断面形状不变变的管道中流动时动时 ，根据流 体力学原理，它的沿程阻力可以按下式确定： 对对于圆圆形截面风风管，其阻力由下式计计算 ：单单位长长度的摩擦阻力又称比摩阻。对对于圆圆形风风管，由 上式可知其比摩阻为为： （8-5）（1）圆形风管的沿程阻力计算6摩擦阻力系数与管内流态态和风风管管壁的粗糙度K/D有关图图8-1 摩擦阻力系数随

5、雷诺诺数和相对对粗糙度的变变化7有关过渡区的摩擦阻力系数计算公式很多，一般采用适 用三个区的柯氏公式来计算。它以一定的实验资料作为基础 ，美国、日本、德国的一些暖通手册中广泛采用。我国编制 的全国通用通风管道计算表也采用该公式：为了避免繁琐的计算，可根据公式（8-5）和式（8-7 ）制成各种形式的表格或线算图。附录4所示的通风管道单 位长度摩擦阻力线算图，可供计算管道阻力时使用。运用线 算图或计算表，只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数 中的任意两个，即可求得其余两个参数。 （8-7）8附录4 通风管道 单位长度摩擦阻 力线算图9需要说说明的是，附录录4的线线算图图是是按过过渡区的值值， 在

6、压压力B0=101.3kPa、温度t0=200C、空气密度0=1.24kg/m3、运动动粘度=15.0610-6m2/s、壁粗糙度 K=0.15mm、圆圆形风风管、气流与管壁间间无热热量交换换等条 件下得的。当实际实际 条件与上述不符时时，应进应进 行修正。1）密度和粘度的修正 2）空气温度和大气压力的修正 3）管壁粗糙度的修正 10有一通风风系统统，采用薄钢钢板圆圆形风风管（ K = 0.15 mm ），已知风风量L3600 m2/h（1 m3/s）。管径D300 mm，空气温度t30。求风风管管内空气流速和单单位长长度 摩擦阻力。=0.97解：查附录4，得14 m/s，7.68 Pa/m查

7、图8-2得，=0.977.68 Pa/m=7.45 Pa/m 例例8-18-1112. 2. 矩形风管的沿程阻力计算矩形风管的沿程阻力计算 全国通用通风管道计算表和附录4的线算图是按圆 形风管得出的，在进行矩形风管的摩擦阻力计算时，需要 把矩形风管断面尺寸折算成与之相当的圆形风管直径，即 当量直径，再由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。 所谓“当量直径”，就是与矩形风管有相同单位长度摩擦 阻力的圆形风管直径，它有流速当量直径和流量当量直径两 种。 （1）流速当量直径（2）流量当量直径12解 矩道风风道内空气流速 1）根据矩形风风管的流速当量直径Dv和实际实际 流速V，求矩形 风风管的单单位长长

8、度摩擦阻力。有一表面光滑的砖砖砌风风道（K=3mm），横断面尺寸为为 500mm 400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求单单位 长长度摩阻力。 例例8-2 8-2 13由V=5m/s、Dv=444mm查图查图 得Rm0=0.62Pa/m2002001.01.00.010.01 0.10.11001004004004000 4000 管径管径404035351 180 80 流速流速30304444445 50.620.62R Rmm(Pa/m(Pa/m) )空气量空气量mm3 3/s/s450450粗糙度修正系数14由L=1m3/S、DL=487mm 查图查图 2-3-1得 R

9、m0=0.61Pa/m Rm=1.960.61=1.2 Pa/m2）用流量当量直径求矩形风风管单单位长长度摩擦阻力。 矩形风风道的流量当量直径0.010.011.01.02002002002001.01.00.010.01 0.10.110010040040040004000管径管径404035351 18080流速流速30304474475 50.610.61R RmmPa/mPa/m空气量空气量mm3 3/s/s()()()()0.6250.250.6250.251.30.4 0.51.3 0.4 0.50.447LabD a bm= + = +=152 2 局部阻力局部阻力一般情况下，通

10、风除尘、空气调节和气力输送管道都 要安装一些诸如断面变化的管件(如各种变径管、变形管、 风管进出口、阀门)、流向变化的管件（弯头）和流量变化 的管件(如三通、四通、风管的侧面送、排风口)，用以控制 和调节管内的气流流动。流体经过这些管件时，由于边壁或流量的变化，均匀流 在这一局部地区遭到破坏，引起流速的大小，方向或分布的 变化，或者气流的合流与分流，使得气流中出现涡流区，由 此产生了局部损失。多数局部阻力的计算还不能从理论上解决，必须借助于 由实验得来的经验公式或系数。局部阻力一般按下面公式确 定： 局部阻力系数也不能从理论上求得，一般用实验方法确 定。在附录5中列出了部分常见管件的局部阻力系

11、数。 16局部阻力在通风、空调系统中占有较大的比例，在设计 时应加以注意。减小局部阻力的着眼点在于防止或推迟气流 与壁面的分离，避免漩涡区的产生或减小漩涡区的大小和强 度。下面介绍几种常用的减小局部阻力的措施。 减小局部阻力的措施减小局部阻力的措施（1） 渐扩渐扩 管和渐扩渐扩 管几种常见的局部阻力产生的类型： 、突变、渐变17、转弯处、分岔与会合23123 1218（2） 三通 图8-4 三通支管和干管的连接 19（3）弯管图图8-5 圆圆形风风管弯头头 图图8-6 矩形风风管弯头头图图8-7 设设有 导导流片的直 角弯头头（4） 管道进进出口图图8-8 风风管进进出口阻力20（5） 管道和

12、风风机的连连接图图8-9 风风机进进出口管道连连接218.2 8.2 风管内的压力分布风管内的压力分布8.2.1 动压动压 、静压压和全压压空气在风管中流动时，由于风管阻力和流速变化，空气 的压力是不断变化的。研究风管内压力的分布规律，有助于 我们正确设计通风和空调系统并使之经济合理、安全可靠的 运行。 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 。 Z Z2 2Z Z1 11 12 2根据能量守恒定律，可以写出空气在管道内流动 时不同断面间的能量方程（伯努利方程）。 我们可以利用上式对任一通风空调系统的压力分布进行分析228.2.2 风风管内空气压压力的分布把一套通风除尘系统内气流

13、的动压、静压和全压的变 化表示在以相对压力为纵坐标的坐标图上，就称为通风除尘 系统的压力分布图。设有图8-10所示的通风系统，空气进出口都有局部阻 力。分析该系统风管内的压力分布。238.3 8.3 通风管道的水力计算通风管道的水力计算8.3.1 风道设计的内容及原则风道的水利计算分设计计算和校核计算两类。风道设计时必须遵循以下的原则： （1）系统要简洁、灵活、可靠；便于安装、调节、控制与 维修。 （2）断面尺寸要标准化。 （3）断面形状要与建筑结构相配合，使其完美统一。 8.3.2 风道设计的方法风管水力计算方法有假定流速法、压损平均法和静压 复得法等几种，目前常用的是假定流速法。248.3

14、.3 风道设计的步骤下面以假定流速法为例介绍风管水力计算的步骤。（1）绘制通风或空调系统轴测图（2）确定合理的空气流速（3）根据各管段的风量和选择的流速确定各管段的断面 尺寸，计算最不利环路的摩擦阻力和局部阻力（4）并联管路的阻力计算（5）计算系统的总阻力（6）选择风机 257 7l l =3.7m=3.7m风机风机8 8l l =12m=12m6 65 54 43 32 21 19 91010L=5500m3/hL=5500m3/hL=2700m3/hL=2700m3/hL=2650m3/hL=2650m3/hl l =4.2m=4.2ml l =5.5m=5.5ml l =5.5m=5.5

15、ml l =6.2m=6.2m通风除尘系统的系统图 例例8-8- 33l l =5.4m=5.4m除尘器除尘器图图8-11所示为为某车间车间 的振动筛动筛 除尘尘系统统。采用矩形伞伞形排风风罩排 尘尘，风风管用钢钢板制作（粗糙度K0.15mm），输输送含有铁矿铁矿 粉尘尘的含 尘尘气体，气体温度为为20。该该系统统采用CLS800型水膜除尘尘器，除尘尘 器含尘尘气流进进口尺寸为为318mm552mm，除尘尘器阻力900Pa。对该 系统进行水力计算，确定该系统的风管断面尺寸和阻力并选择风机。 268.4 8.4 均匀送风管道设计计算均匀送风管道设计计算在通风、空调、冷库、烘房及气幕装置中，常常要

16、求把等量的 空气经由风道侧壁（开有条缝、孔口或短管）均匀的输送到各个空 间，以达到空间内均匀的空气分布。这种送风方式称为均匀送风。均匀送风管道通常有以下几种形式：（1）条缝宽度或孔口面积变化，风道断面不变，如图8-14所示。图图8-14 风风道断面F及孔口流量系数 不变，孔口面积 变化的均匀吸送风 吹出吸入 从条缝口吹出和吸入的速度分布27（2）风道断面变化，条缝宽度或孔口面积不变，如图8-15所示。图图8-15风风道断面F变变化，孔口流量系数 及孔口面积 不变 的均匀送风 （3）风道断面、条缝宽度或孔口面积都不变，如图8-16所示。风风道断面F及孔口面积积 不变时，管内静压会不断增大，可以根 据静压变化，在孔口上设置不同的阻体来改变流量系数 。288.4.1 8.4.1 均匀送风管道的设计原