空调通风管道的阻力性能测试分析李晓冬 王莉 王彪摘要：空调通风管道系统的阻力构件主要有风管，三通、四通、弯头，本文主要选取三种不同材料的风管（镀锌铁皮风管、无机玻璃钢风管、铝箔聚氨酯复合风管）、弯头为研究对象，采用实验研究和理论分析相结合的方法，针对不同材料的风管的阻力性能进行测试研究；对多种弯头的阻力性能进行测试研究对它们进行综合的比较分析，从而得出较客观的评价关键词：单位长度阻力损失；局部阻力系数；曲率半径；导流叶片1. 引言文中选取三种不同材料的风管、弯头为研究对象，进行测试通过对实验数据的整理分析得出风管的单位长度阻力损失随风速的变化规律，并拟合出各风管的单位长度阻力损失公式，对各风管的阻力性能进行了比较分析；得出弯头的局部阻力系数随雷诺数的变化规律，并在此基础上研究了加大弯头曲率半径和在弯头内增设导流叶片这两种方法的减阻效果2. 测试内容与方案设计2．1 测试因素的确定上游管段的长度对局部构件中的流动有重要的影响，对于下游管段，如果流速分布未恢复正常，则实测的局部阻力系数就会偏小同一个构件，进出口段长度不同时的阻力值也不同，应该尽量地采取足够长的进出口直管段进行局部阻力试验，根据文献，风机出口管段大于8de(de为流速当量直径，de=2×h×b/(h+b)，h，b分别为矩形风管的宽和高)时，沿程动压基本趋于稳定，此后的管段就可作为测量段。
为此根据我们的实验条件，选择试件的进口段长度（即风机出风段长度）L=10de 测试采用标准毕托管与数字微压力计相配合，直接测量风管内的全压和静压的方法测量时，需将毕托管伸进风管中，并且使总压管的测头正对气流来流方向合理地选择测量断面，可以最大限度地减少气流扰动对测量结果的影响测量不同材料的风管时，由于风管本身不是局部构件，空气经过时没有风速大小及方向的变化，因此，测量时，将测量断面设置在试件下游距离为2.5倍管径，上游管段为2倍管径的位置上；测量弯头局部阻力系数时，将测量断面，设在试件下游距离为6倍管径，上游管段为2倍管径的位置上对于测点分布的选择，采用中间矩形法本实验中的管道断面尺寸为500mm×400mm，其测点在测量断面上的分布如图2-1 所示图2-1实验管道测量点分布图2.2 测试装置系统图实验装置原理图如图2-2和图2-3所示1．风机 2.软接头 3.静压箱 4.风量调节阀 1．风机 2.软接头 3.静压箱 4. 风量调节阀5.测验管 6.不同材料的风管 5.测压管 6.待测管段 图2-2不同风管材料实验图 图2-3弯头实验图2.3 测试步骤2.3.1 不同材料的风管的测量调节变频器，在10～40HZ由小到大每隔5HZ作为一个工况，在每个工况下，分别测出个测点的压力值。
① 测定室内温度和大气压力② 做好测定静压、全压的准备③ 启动风机，调节变频器的频率④ 读取断面上的静压值、全压值⑤ 调节变频器的频率，改变风量后重复上述步骤的各项测定，每个工况重复测量两次⑥ 更换风管，重复以上测量步骤，并记录测量结果2.3.2 90°弯头的测量① 测定室内温度和大气压力② 做好测定静压、全压的准备③ 启动风机，调节变频器的频率④ 读取断面上的静压值、全压值⑤ 调节变频器的频率，改变风量后重复上述步骤的各项测定，每个工况重复测量两次⑥ 更换弯头，重复以上测量步骤，并记录测量结果2.4 测试误差的分析为正确评定测试装置的综合误差，通常是按间接测量随机误差的传递公式来估算的，也就是 （2-1）对于风管单位长度沿程阻力来说，对于弯头局部阻力系数来说，式中、、、、分别为断面1全压、断面2全压、测量试件与测量断面之间摩擦阻力损失、断面1的静压、风管测量长度引起的相对误差由于各测量断面与试件之间的摩擦损失对和的计算结果影响甚小，故在误差传递计算中忽略掉的影响，于是有对于风管单位长度沿程阻力来说，对于弯头局部阻力系数来说，由于实验使用的压力测量仪器相同为数值微压计，则=200×0.5%=1Pa ；长度测量的绝对误差=0.01m 。
对于风管单位长度沿程阻力来说，，，，于是对于弯头局部阻力系数来说， ，，，于是3.测试结果与分析3.1 不同材料风管的测试结果与分析3.1.1 镀锌铁皮风管的测试结果与分析测量完毕后，根据不同工况下镀锌铁皮风管的测量数据统计绘制出镀锌铁皮风管的风速——单位长度摩擦阻力Rm的关系曲线图，见图3-1并由实验数据可得镀锌铁皮风管单位长度摩擦阻力随风速变化的拟合公式 Rm = -0.0005273v 4 + 0.01813 v 3 -0.2028 v 2 + 1.164 v -1.964 (3-1)式中 Rm——单位长度阻力损失（Pa/m）； v——风速（m/s）式（3-1）的拟合度为99.89% 0.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.000.005.0010.0015.0020.00风速（m/s）单位长度摩擦阻力（Pa/m）图3-1镀锌铁皮风管的单位长度摩擦阻力与风速的关系曲线3.1.2 无机玻璃钢风管的测试结果与分析根据根据不同工况下无机玻璃钢风管的测量数据统计绘制无机玻璃钢风管的风速——单位长度摩擦阻力Rm的关系曲线图，见图3-2。
此外，根据测试数据可得无机玻璃钢风管单位长度摩擦阻力随风速变化的拟合公式： Rm = -0.00022v 4 + 0.0077 v 3 -0.08 v 2 + 0.5856 v -1.043 (3-2)式（3-2）的拟合度为99.94% 0.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.000.002.004.006.008.0010.0012.0014.0016.00风速（m/s）单位长度摩擦阻力（Pa/m）图3-2无机玻璃钢风管的单位长度摩擦阻力与风速关系曲线3.1.3 铝箔聚氨酯复合风管的测试结果与分析根据根据不同工况下铝箔聚氨酯复合风管的测量数据统计绘制风速——单位长度摩擦阻力Rm的关系曲线图，见图3-3此外，根据测试所得数据可得铝箔聚氨酯复合风管单位长度摩擦阻力随风速变化的拟合公式： Rm = -0.00145 v 4 + 0.05234 v 3 -0.6101v 2 + 3.364 v -5.608 (3-3)式（3-3）的拟合度为99.53%。
0.002.004.006.008.0010.0012.000.002.004.006.008.0010.0012.0014.0016.00风速（m/s）单位长度摩擦阻力（Pa/m）图3-3铝箔聚氨酯复合风管的单位长度摩擦阻力与风速关系曲线3.1.4 三种风管的比较有上述实验结果可绘制出三种风管单位长度摩擦阻力性能比较图，如图3-4所示，可看出无机玻璃钢风管与镀锌铁皮风管的阻力性能随风速的变化相似，无机玻璃钢风管的单位长度摩擦阻力稍大于镀锌铁皮的铝箔聚氨酯风管的单位长度摩擦阻力远大于无机玻璃钢和镀锌铁皮风管的，约是它们的2～2.4倍铝箔聚氨酯风管的单位长度阻力损失大的主要原因是为保证风管的稳固性，在内部每隔一段距离设置一根加固支柱，这就增加了风管内空气的扰动，从而增加了阻力损失另一个原因是铝箔聚氨酯风管的内表面的粗糙度比其它两种风管大根据各风管的拟合曲线公式求出的特定风速下的Rm值，如表3-1图3-4三种风管单位长度摩擦阻力性能比较图表3-1风管单位长度阻力损失风管风速（m/s）镀锌铁皮风管无机玻璃钢风管铝箔聚氨酯风管 30.150.180.2950.720.711.671.211.252.5291.871.923.89112.762.766.01133.773.78.6154.544.6410.823.2 90°弯头的测试结果与分析空气流经弯头时，虽然过流断面未发生变化，但弯头内流体流向发生变化。
由于气流惯性，在弯头前半段，外侧压力沿程增大，内测压力沿程减小；而流速则是外侧减小，内测增大，外侧的减速增压区内会发生边界层脱离形成旋涡；在弯头后半段，情况刚好相反，外侧压力沿程减小，内测压力沿程增大；而流速则是外侧增大，内测减小，此时，内侧的减速增压区内也会发生边界层脱离形成旋涡内侧的旋涡，不论大小还是强度，一般都比外侧的大因此，要减小弯头的局部阻力，就必须设法减少形成这两个旋涡的原因为此，可采取加大曲率半径以减小曲率的措施，也可采用在弯头内加设导流叶片来减小弯头的局部阻力系数的方法[1-3]下文就从加大弯头曲率半径和在弯头内加设导流叶片两个方面来研究减小弯头局部阻力3.2.1 弧形弯头(无导流叶片，R/d=0.5)根据测量结果可得出不同工况下弧形无导流叶片弯头（R/d=0.5）的局部阻力系数随雷诺数的变化关系图，见图3-5由图3-5可看出，随着雷诺数的增加，弧形无导流叶片弯头（R/d=0.5）的局部阻力系数有所增加，但增加幅度不大在Re≥1105时，弯头的局部阻力系数在0.21～0.24范围内3.2.2 弧形弯头(有导流叶片，R/d=0.5)根据测量数据结果可得出不同工况下弧形有导流叶片弯头（R/d=0.5）的局部阻力系数随雷诺数的变化关系图，见图3-6。
由图3-6可看出随着雷诺数的增加，弧形有导流叶片弯头（R/d=0.5）的局部阻力系数先是有所降低，随后又有所增加，但变化幅度不大在Re≥1105时，弯头的局部阻力系数在0.11～0.13范围内 0.0000.0400.0800.1200.1600.2000.2400.280050000100000150000200000250000300000雷诺数局部阻力系数图3-5 弧形弯头（无导流，R/d=0.5）的局部阻力系数随雷诺数的变化曲线 0.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.160050000100000150000200000250000300000局部阻力系数雷诺数 图3-6 弧形弯头（有导流，R/d=0.5）的局部阻力系数随雷诺数的变化曲线3.2.3 直角弯头(无导流叶片)根据测量数据结果可得出不同工况下直角无导流叶片弯头的局部阻力系数随雷诺数的变化关系图，见图3-7。
由图3-7可看出随着雷诺数的增加，直角无导流叶片弯头的局部阻力系数先是有所降低，随后。