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1、本章总体结构,6.1 风道中的阻力,6.2 风道的水力计算,6.3 均匀送风管道的设计计算,6.4 风道内的压力分布,6.5 风道设计的有关问题,6.6 通风空调施工图,6.1 风道中的阻力,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。,风道中的阻力分摩擦阻力和局部阻力两种。,6.1 风道中的阻力,一、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
2、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 风道中的阻力,水力半径：,单位长度的摩擦阻力，也称比摩阻,6.1 风道中的阻力,圆形风管的沿程损失,6.1 风道中的阻力,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,1、摩擦阻力系数,6.1 风道中的阻力,2、空气流速的确定,空气流速
3、的大小决定着通风系统的造价和耗电。空气流速低，风管截面大，消耗的管材多，系统的造价高；另一方面流速小时，阻力小，运行费用低。反之亦然。因此必须经过技术经济比较来确定合理的流速。各种管道的流速见表6-3、6-4、6-5。,3、摩擦阻力的计算方法,为了简化计算，一般根据公式（6-5）和公式（6-6）绘制圆形风管阻力线算图或计算表进行计算。只要知道风量、管径、比摩阻、流速中任意两个，就可确定其余参数。,6.1 风道中的阻力,4、比摩阻的修正,编制条件式：大气压力为101.3 kPa，温度为20，空气密度为1.2 kg/m3，运动粘度为15.0610-6 m2/s，管壁粗糙度k=0.15 mm，当实际
4、使用条件与上述条件不同时，应进行修正,（1）绝对粗糙度的修正系数,6.1 风道中的阻力,（2）海拔高度和温度的修正,6.1 风道中的阻力,5、矩形风管当量直径,风管阻力损失的计算图表是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 风道中的阻力,（1）速度当量直径,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
5、径，以Dv表示圆形风管水力半径,圆形,矩形,6.1 风道中的阻力,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：,圆管,矩形管,（2）流量当量直径,6.1 风道中的阻力,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；当采用流量当量直径时，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,6.1 风道中的阻力,【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=
6、1000 m3/h，管内空气流速v=10 m/s，空气温度 t=80，求风管单位长度的沿程损失。 解 由附录6.1查得：D=200 =6.8 Pa/m，太原市大气压力：B=91.9 kPa 由图6.2查得： =0.86， =0.92 所以， = =0.860.926.8=5.38 Pa/m,【例6.2】 有一钢板制矩形风道，K=0.15 mm，断面尺寸为500250 mm，流量为2700 m3/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 =6 m/s， =330 mm，查附录6.1得 =1.2 Pa/m 由图6.1查得t=5
7、0时， =0.92 所以 = =0.921.2=1.1 Pa/m,解二 流量当量直径 =1.265 =1.265 m 由L=2700 m3/h， =384 mm查附录6.1得 =1.2 Pa/m 所以 = =0.921.2=1.1 Pa/m 解三 利用附录6.3，查矩形风道500250 mm 当 =6 m/s时，L=2660m3/h， =1.08 Pa/m 当 =6.5m/s时，L=2881m3/h， =1.27 Pa/m 由内插法求得： 当L=2700 m3/h时， =6.09m/s， =1.12 Pa/m 则 = =1.120.92=1.03 Pa/m,6.1 风道中的阻力,风道中流动的空
8、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。,局部阻力损失的计算,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 风道中的阻力,二、局部阻力,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）避免风管断面的突然变化，管道变径时，尽量利用渐扩、渐缩代替突扩、突缩。其中
9、心角最好在810，不超过45，如图6.4。,6.1 风道中的阻力,6.1 风道中的阻力,（2）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（14）倍管径，见图6.5。矩形风管弯头的长宽比愈小，阻力愈小，应优先采用，见图6.6。必要时可在弯头内部设置导流叶片，见图6.7，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6.8所示。,6.1 风道中的阻力,图6.5 圆形风管弯头,6.1 风道中的阻力,图6.6 矩形风管弯头,6.1 风道中的阻力,图6.7 导流叶片,6.1 风道中的阻力,图6.8 几种矩形弯头的局部阻力系数,6.1 风道中的阻力,（3）三通的局部
10、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6.9所示。当合流三通内直管的气流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6.10，应使 ，即F1+ F2 =F3，以避免出现这种现象。,6.1 风道中的阻力,图6.9 三通支管和干管的连接,6.1 风道中的阻力,图6-10 合流三通,6.1 风道中的阻力,（4）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
11、，因此可采用渐扩管（扩压管）来降低出口动压损失。图6.11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 风道中的阻力,图6.11 风管进口,6.1 风道中的阻力,（5）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6.12所示,图6.12 风机进出口的管道连接,6.1 风道中的阻力,三、总阻力损失,摩擦阻力与局部阻力之和总阻力，克服摩擦阻力和局部阻力而引起的能量损失称为称总阻力损失。,返回,6.2 风道的水力计算,风道的水力计算是在系统和设备布置、风管材料、各个排风点的位置和风量已经确定的前提下进行的。,水力计算主要任务：,确定各管段的直径或断
12、面尺寸和阻力，保证设计要求的风量分配，为选择风机提供理论数据。,6.2 风道的水力计算,一、风道的设计原则,1、风道的布置在不影响操作、维修和美观的前提下，尽量短、平、直，尽量减少局部构件，以减少系统的阻力；,2、风道的计算压力损失，宜按下列数值附加： 一般送风系统；10%15%；除尘系统：15%20%,6.2 风道的水力计算,3、除尘系统各并联支管之间的计算压力损失差值，宜小于10%；其他通风系统宜小于15%。,4、通风系统应优先考虑使用圆形风管；当空间不允许或美观上有要求时，可以考虑采用矩形风管，在矩形风管中尽可能的选用正方形管道，当安装高度有限制时才采用矩形管道。,6.2 风道的水力计算
13、,二、水力计算方法概述,1、控制流速法,按技术经济要求选定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,2、压损平均法,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。,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 风道的水力计算,三、流速控制法风道设计计算方法与步骤,1、确定通风
14、系统方案，绘制管路系统轴测示意图；,2、 对轴测示意图分段，对各管段进行编号，标注长度和风量。通常把流量和断面尺寸不变的管段划为一个计算管段。,6.2 风道的水力计算,3、选定系统不同管段的流速,风管内的空气流速对系统有很大的影响。流速低，阻力小，动力消耗少，运行费用低，但是风管断面尺寸大，耗材料多，建造费用大。反之，流速高，风管段面尺寸小，建造费用低，但阻力大，运行费用会增加，另外还会加剧管道与设备的磨损。因此，必须经过技术经济分析来确定合理的流速。,6.2 风道的水力计算,6.2 风道的水力计算,6.2 风道的水力计算,4、确定最不利管路,最不利管路是长度最大的管路，也就是比摩阻最小的管路
15、。,5、根据选定的流速和已知流量，计算最不利管路风管断面尺寸，确定风管断面尺寸时，应采用通风管道统一规格。然后再求出风管中的实际流速，并计算出沿程阻力和局部阻力。,6.2 风道的水力计算,6、计算其他并联管路,为保证系统能按要求的流量进行分配，并联环路的阻力必须平衡。因受到风管断面尺寸的限制，对除尘系统各并联环路间的压损差值不宜超过10%，其他通风系统不宜超过15%。若超过时可通过调整管径或采用阀门来进行调节。调整后的管径可按下式确定,需要指出的是，在设计阶段不把阻力平衡的问题解决，而一味的依靠阀门开度的调节。对多支管的系统平衡来说是很困难的，需反复调整测试。有时甚至无法达到预期风量分配，或出
16、现再生噪声等问题。,6.2 风道的水力计算,7、选择风机,考虑到设备、风管的漏风和阻力损失计算的不精确，选择风机的风量，风压应按下式考虑,风量附加系数，除尘系统=1.11.5；一般送排风系统为1.1； 风压附加系数，除尘系统=1.151.20；一般送排风系统为1.11.15。,6.2 风道的水力计算,当风机在非标准状态下工作时，应对风机性能进行换算，再以此参数从风机样本上选择风机。,6.2 风道的水力计算,例题6-3 如下图所示的机械排风系统，风管材料为薄钢板，风机前风管为矩形，风机出口采用圆形，输送的气体温度为200，伞形罩的张角为400，风管900弯头的曲率半径为R=2D，合流三通分支管的夹角为300，带扩压管的伞形风帽h/D0=0.6，当地大气压力
