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1、1第四章第四章通风管道的设计计算通风管道的设计计算24.1风管内空气流动的阻力4.2风管内的压力分布4.3通风管道的水力计算4.4均匀送风管道设计计算4.5通风管道设计中的有关问题3第一节第一节风管内空气流动的阻力风管内空气流动的阻力44.1风管内空气流动的阻力风管内空气流动的阻力（P150)P150)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。 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.54.1.1摩擦阻力在断面形状不变的直管段中，由于流体内部及流体与管
2、壁的摩擦所造成的能量损失1）圆形管道计算方法Rm 比摩阻关键在于确定比摩阻6确定比摩阻的方法：（1）线算图（附录9P243）图的多种用法：由L、D求Rm由L、Rm求D由L、v求D、RmDLLvRm制表条件：一个大气压，制表条件：一个大气压，制表条件：一个大气压，制表条件：一个大气压，2020度，度，度，度，密度及运动粘度密度及运动粘度密度及运动粘度密度及运动粘度7（2）计算表格8（3）图表的修正密度和粘度的修正Rm-实际的单位长度摩擦阻力，Pa/mRmo-图上查出的单位长度摩擦阻力，Pa/m-实际的空气密度，kg/m3-实际的运动粘度系数，m2/s空气温度和大气压力的修正Kt-温度修正系数KB
3、-大气压力修正系数T-实际的空气温度，B-实际的大气压力，kPa9（3）图表的修正管壁粗糙度的修正Kr-管壁粗糙度修正系数K-管壁粗糙度，mmv-管内空气流速，m/s粗糙度km0.15mm104.1.2矩形风管摩擦阻力计算主要考虑当量直径的确定，有流速当量直径和流量当量直径（1）流速当量直径定义：与矩形风管的流速及比摩阻相同的圆形风管的直径ABvAvBvA = vB RmA=RmBDB为A的流速当量直径，记作Dv 计算式：11（2）流量当量直径定义：与矩形风管的流量及比摩阻相同的圆形风管的直径计算式：注意：查用表图时必须对应使用流量和流量当量直径或流速和流速当量直径124.1.3局部阻力在流量
4、、流向及管道断面形状发生变化的局部由于涡流造成的能量损失1）计算方法：局部阻力系数法局部阻力系数由实验确定，制成图表供查用 (附录10 P244)空调系统处于自模区，局部阻力系数只与形状空调系统处于自模区，局部阻力系数只与形状空调系统处于自模区，局部阻力系数只与形状空调系统处于自模区，局部阻力系数只与形状有关。不必考虑粗糙度和雷诺数的影响有关。不必考虑粗糙度和雷诺数的影响有关。不必考虑粗糙度和雷诺数的影响有关。不必考虑粗糙度和雷诺数的影响。13局部阻力系数举例14合流三通支管局部阻力系数直管局部阻力系数152）减小局部阻力的措施在常用的通风系统总流动阻力中，局部阻力占主要比例弯头圆形风管弯头曲
5、率半径一般应大于12倍管径矩形风管长宽比B/A越大，阻力越小矩形直角弯头内设导流片162）减小局部阻力的措施）减小局部阻力的措施三通减小干管和支管间夹角保持干管和支管流速相当避免出现引流现象，主管气流大于支管气流速度排风立管出口降低排风立管的出口流速减小出口的动压损失管边尖锐的伞形风帽带扩散管的伞形风帽172）减小局部阻力的措施）减小局部阻力的措施管道和风机的连接避免在接管处产生局部涡流18第二节第二节风管内的压力分布风管内的压力分布194.2风管内的压力分布风管内的压力分布（P149P149）用图形表达系统压力分布情况，有利于设计、运行调节、问题诊断等压力分布图的绘制方法（归纳）1）确定压力
6、基准线通常为水平线，并以大气压为参照对象2）确定系统分隔断面并编号通常以流速、流向及流量变化的断面为分隔断面3）先绘制全压线从已知压力点开始4）再绘制静压线从全压线向下减去动压值2021理论基础理论基础1、Pq=Pd+Pj2、未开风机时，Pj=Pq=大气压大气压=03、风机开动后，Pq2=Pq1-(Rml+Z)1-2。4、Pm=Rml直线分布；Z集中分布 22结论结论1、风机的风压等于风道的阻力及出口动压损失之和。2、风机吸入段的全压和静压都为负值，风机压出段一般情况下均为正值。3、各并联支管的阻力总相等。4、当PdPq，Pj023主要结论：主要结论：(1) 风机的风压等于风管的阻力和出口动压
7、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.24第三节第三节通风管道的水力计算通风管道的水力计算254.3通风管道的水力计算通风管道的水力计算（P158P158）常用的水力计算的方法:1）假定流速法重点介绍2）压损平均法根据平均分配到每一管段上的允许（或希望）压损来设计管道尺寸3）静压复得法以管段起点因分流所产生的复得静压克服该管段流动阻力的原则来设计风管尺寸26假定流速法原理：假定（选定）各管段的合理流速，根据流量确定管道尺寸pPqPjo假定流速法的设计的压力图27假定流速法
8、设计步骤：1）绘制系统草图（轴测图），划分管段，对管段编号、标注管段长度和相应流量，确定最不利环路。l划分管段的原则：流量与断面尺寸不变的为同一管段l管段长度：以接点为界，不必扣除局部构件的长度l最不利环路：流动阻力最大的环路2812345678空调箱风机房间房间房间292）确定合理的空气流速考虑因素：（1）流动阻力运行费用（2）消耗材料系统投资（3）噪声控制室内环境标准（4）最小流速防止颗粒物沉积一般通风系统中常用空气流速（m/s）30空调系统低速风管中常用空气流速（m/s）31除尘风管的最小空气流速（除尘风管的最小空气流速（m/s）323）确定各管段断面尺寸，计算管段流动阻力（1）F=L/
9、vF=aXbF=d2/4管道断面尺寸规格化：P250附录11（2）计算管内实际流速（3）计算管段的摩擦阻力和局部阻力要加入该管段的其他已知阻力，例如除尘器、空调箱等设备阻力334）并联管路阻力平衡（a）阻力平衡的概念：若并联管路阻力不平衡，则在运行中会自平衡，但输送的流量已偏离设计要求1234567（b）允许的不平衡率：除尘10%，通风15%34（c）阻力平衡的方法 调整管径采用估算方法 增大风量根据管路阻力特性 阻力平衡宜沿最不利环路逐段进行 阀门调节 对于多支管空调系统需进行实际调试，达到预期流量分配D-调整后管径D-原设计管径P-原设计支管阻力P-要求达到的支管阻力355）计算最不利环路
10、总阻力将最不利环路上的各串联串联串联串联管段阻力相加6）选择风机（1）确定风机类别根据被输送气体性质、系统总阻力、总风量（2）计算风机应有的风量、风压考虑安全系数Kp-风压附加系数，一般系统1.11.15，除尘系统1.151.2KL-风量附加系数，一般系统1.1，除尘系统1.11.15（3）空气状态变化时36例6-4（P161165）管段划分、编号、标注长度、风量见图有关条件：有关条件：除尘系统轻矿物粉尘常温气体圆形钢板风管袋式除尘器阻力1200Pa要求：要求：选择风机37第四节第四节均匀送风管道设计计算均匀送风管道设计计算384.44.4均匀送风管道设计均匀送风管道设计6.4.1 设计原理继
11、续静压产生的流速为：静压产生的流速为：空气在风管内的流速为：空气在风管内的流速为：空气从孔口出流时的流速为：空气从孔口出流时的流速为：如图所示：出流角为如图所示：出流角为：39返回孔口出流风量：由上式得f0上的平均流速v0为：继续40返回风口的流速分布如图风口的流速分布如图：（矩形送风管断面不变）（矩形送风管断面不变）v*要实现均匀送风可采取的措施（要实现均匀送风可采取的措施（如图如图） 1、设阻体；、设阻体； 2、改变断面积；、改变断面积； 3、改变送风口断面积；、改变送风口断面积； 4、增大、增大F，减小，减小f0。继续41返回424.4.2实现均匀送风的基本条件实现均匀送风的基本条件：保
12、持各侧孔静压、流量系数相等,增大出流角。1、保持各侧孔静压Pj相等；432、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0.6443、增大出流角，大于600，接近900。454.4.3 直流三通局部阻力系数和侧孔流量系数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：由直流三通局部阻力系数：由L0/L查表查表2-3-6；2、侧孔、侧孔流量系数流量系数=0.60.65；4.4.4 均匀送风管道计算方法均匀送风管道计算方法确定侧孔个数、侧孔间距、每个孔的风量计算侧孔面积计算送风管道直径和阻力46计算例题计算例题 例例6-5如图所示：总风量为如图所示
13、：总风量为8000m3/h的圆形均匀送风管道采的圆形均匀送风管道采用用8个等面积的侧孔均匀送风，孔间距为个等面积的侧孔均匀送风，孔间距为1.5M，确定，确定其孔口面积、风管各断面直径及总阻力其孔口面积、风管各断面直径及总阻力。 解：1）、确定孔口平均流速确定孔口平均流速v0，47484950注意：注意：把每一段起始断面的动压作为该管段的平均把每一段起始断面的动压作为该管段的平均动压，并假设动压，并假设、为常数，将产生一定误差，但在为常数，将产生一定误差，但在工程实际是允许的。工程实际是允许的。51第五节第五节通风管道设计中的有关问题通风管道设计中的有关问题524.5.14.5.1系统划分系统划
14、分系统划分系统划分4.5通风管道设计中的有关问题通风管道设计中的有关问题（P170P170）系统通常是由一台风机与其联系在一起的管道及设备构成的。系统通常是由一台风机与其联系在一起的管道及设备构成的。系统划分的原则：系统划分的原则：1 1空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划为同空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划为同一系统。一系统。2 2同一生产流程、运行班次和运行时间相同的，可划为同一生产流程、运行班次和运行时间相同的，可划为同一系统。同一系统。3 3对下列情况应单独设置排风系统：对下列情况应单独设置排风系统：（1 1）两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧或爆炸；）两种或两种
15、以上的有害物质混合后能引起燃烧或爆炸；（2 2）两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐蚀性的混合）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；物或化合物；（3 3）两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘；）两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘；（4 4）放散剧毒物质的房间和设备。）放散剧毒物质的房间和设备。534 4除尘系统的划分应符合下列要求：除尘系统的划分应符合下列要求：（1 1）同一生产流程、同时工作的扬尘点相距不大时，）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；宜合为一个系统；（2 2）同时工作但粉尘种类不同的扬尘点，当工艺允）同时工作但粉尘种类不同的
16、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；设一个系统；（3 3）温湿度不同的含尘气体，当混合后可能导致风）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。管风结露时，应分设系统。5 5如排风量大的排风点位于风机附近，不宜和远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。后会增大系统总阻力。54通风管道系统划分通风管道系统划分 554.5.2风管布置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
17、艺、土建、电气、给排水等专业关系密切，应相互配合、协调一致。1除尘系统的排风点不宜过多，以利各支管间阻力平衡。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。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）130mm5排除含有剧毒物质的正压风管，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或预留安装测量装置的接口。7风管的布置应力求顺直，避免
18、复杂的局部管件。56风管布置风管布置 574.5.3风管断面形状的选择和管道定型化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（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、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、结构配合，明装时不易置时不易与建筑、结构配合，明装时不易布置得美
19、观。布置得美观。5859当风管中流速较高，风管直径较小时，例如除尘系统和高速当风管中流速较高，风管直径较小时，例如除尘系统和高速当风管中流速较高，风管直径较小时，例如除尘系统和高速当风管中流速较高，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，为了充分利空调系统都用圆形风管。当风管断面尺寸大时，为了充分利空调系统都用圆形风管。当风管断面尺寸大时，为了充分利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用建筑空间，通常采用矩形风管。例如民用建筑空调系统都用建筑空间，通常采用矩形风管。例如民用建筑空调系统都用建
20、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。采用矩形风管。采用矩形风管。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：矩形风管与相同断面积圆形风管的阻力比值为：矩形风管与相同断面积圆形风管的阻力比值为：矩形风管与相同断面积圆形风管的阻力比值为：式中式中式中式中 RjRj矩形风管的比摩阻；矩形风管的比摩阻；矩形风管的比摩阻；矩形风管的比摩阻；RyRy圆形风管的比摩阻；圆形风管的比摩阻；圆形风管的比摩阻；圆形风管的比摩阻；a a、bb矩形风管的两个边长。在风管断面积一定时，矩形风管的两个边长。在风管断面积一定时，矩形风管的两个边长。在风管断面积一定时，矩形风管的两个边长
21、。在风管断面积一定时，宽高比宽高比宽高比宽高比a/ba/b的值增大，的值增大，的值增大，的值增大，Rj/RyRj/Ry的比值也增大。的比值也增大。的比值也增大。的比值也增大。矩形风管的宽高比最高可达矩形风管的宽高比最高可达矩形风管的宽高比最高可达矩形风管的宽高比最高可达8 8 1 1，但自，但自，但自，但自1 1 1 1至至至至8 8 1 1表面积要增加表面积要增加表面积要增加表面积要增加60%60%。因此设计风管时，除特殊情况外，宽高比愈近接于。因此设计风管时，除特殊情况外，宽高比愈近接于。因此设计风管时，除特殊情况外，宽高比愈近接于。因此设计风管时，除特殊情况外，宽高比愈近接于1 1愈好，
22、可以节省动力及制造和安装费用。适宜的宽高比在愈好，可以节省动力及制造和安装费用。适宜的宽高比在愈好，可以节省动力及制造和安装费用。适宜的宽高比在愈好，可以节省动力及制造和安装费用。适宜的宽高比在3.03.0以下。以下。以下。以下。60( (二二二二) )管道定型化管道定型化管道定型化管道定型化随着我国国民经济的发展，通风，空调工程大量增加。为了随着我国国民经济的发展，通风，空调工程大量增加。为了随着我国国民经济的发展，通风，空调工程大量增加。为了随着我国国民经济的发展，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，最大限度地利用板材，实现风管制作，安装机械化
23、、工厂化，最大限度地利用板材，实现风管制作，安装机械化、工厂化，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，在国家建委组织下，在国家建委组织下，在国家建委组织下，19751975年确定了年确定了年确定了年确定了通风管道统一规格通风管道统一规格通风管道统一规格通风管道统一规格。通风管道统一规格通风管道统一规格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：有圆形和矩形两类。必须指出：有圆形和矩形两类。必须指出：有圆形和矩形两类。必须指出：1 1通风管道统一规格通风管道统一规格通风管道统一规格通风管道统一规格中，圆管的直径是指外径，矩形中，圆管的直径是指外径
24、，矩形中，圆管的直径是指外径，矩形中，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。断面尺寸是其外边长，即尺寸中都包括了相应的材料厚度。断面尺寸是其外边长，即尺寸中都包括了相应的材料厚度。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 2为了满足阻力平衡的需要，除尘风管和气密性风管的管为了满足阻力平衡的需要，除尘风管和气密性风管的管为了满足阻力平衡的需要，除尘风管和气密性风管的管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。径规格较多。径规格较多。径规格较多。3 3管道的断面尺寸管道的断面尺寸管道的断面尺寸管道的断面尺寸( (直径和边长直径和
25、边长直径和边长直径和边长) )采用采用采用采用R20R20系列，即管道断面系列，即管道断面系列，即管道断面系列，即管道断面尺寸是以公比数尺寸是以公比数尺寸是以公比数尺寸是以公比数 1.121.12的倍数来编制的。的倍数来编制的。的倍数来编制的。的倍数来编制的。61624.5.44.5.4风管材料的选择风管材料的选择风管材料的选择风管材料的选择1）薄钢板一般可化为同一系统通风空调系统0.51.5mm除尘系统：1.53.0mm2）塑料板含腐蚀性气体的通风系统风管材料应根据使用要求和就地取材的原则选用。633）无机玻璃钢 湿度较大的场合644）各种软管 金属、塑料 有的可带有保温层655）复合风管双
26、层铝箔夹酚醛树脂单层铝箔加玻璃纤维其他665）复合风管676）新型柔性风管系统优越性：空气分布均匀，避免吹风感重量轻，安装方便快捷，对结构要求低灵活性好，便于系统变更便于清洗687）建筑风道 由建筑材料构筑，常用于通风竖井8）其它694.5.54.5.5风管的保温风管的保温风管的保温风管的保温保温的目的：保持风管内空气温度的保持恒定，减少对室内参数的影响及防止低温风管外表面结露。保温层厚度：要根据保温目的计算出经济厚度，再按其它要求来校核。保温层结构：可参阅有关的国家标准图。通常保温结构有三层：(1)保温层，填贴保温材料。(2)防潮层，包油毛毡、塑料布或刷沥青。用以防止潮湿空气或水分侵入保温层
27、内，从而破坏保温层或在内部结露。(3)保护层。室内管道可用玻璃布、塑料布或木板、胶合板作成，室外管道应用铁丝网水泥或铁皮作保护层。保温材料：主要有岩棉、离心玻璃棉、阻燃聚乙烯泡沫塑料、橡塑海绵等各种材料的参数见P173表6-7704.5.64.5.6进、排风口进、排风口进、排风口进、排风口(一)进风口进风口是通风、空调系统采集室外新鲜空气的入口，其位置应满足下列要求：1应设在室外空气较清洁的地点。进风口处室外空气中有害物质浓度不应大于室内作业地点最高允许浓度的30%。2应尽量设在排风口的上风侧，并且应低于排风口。3进风口的底部距室外地坪不宜低于2m，当布置在绿化地带时不宜低于1m。4降温用的进
28、风口宜设在建筑物的背阴处。(二)排风口1在一般情况下通风排气立管出口至少应高出屋面0.5m。2通风排气中的有害物质必需经大气扩散稀释时，排风口应位于建筑物空气动力阴影区和正压区以上。3要求在大气中扩散稀释的通风排气，其排风口上不应设风帽。714.5.7防爆及防火防爆及防火防爆及防火防爆及防火空气中含有可燃物时，如果可燃物与空气中的氧在一定条件下进行剧烈的氧化反应，就可能发生爆炸。尽管某些可燃物如糖、面粉、煤粉等在常态下是不易爆炸的，但是，当它们以粉末状悬浮在空气中时，与空气中的氧得到了充分的接触。这时只要在局部地点形成了可燃物与氧发生氧化反应所必需的温度，局部地点就会立刻发生氧化反应。氧化反应
29、产生的热量向周周空间传播时，若迅速地使周围的可燃物与空气的混合物达到了氧化反应所必需的温度，由于联锁反应，在极短的时间内，能使整个空间的可燃混合物都发生剧烈的氧化反应，产生大量的热量和燃烧产物，形成急剧增高的压力波，这就是爆炸。空气中可燃物浓度过小或过大时都不会造成爆炸。因此，可燃物发生爆炸的浓度有一个范围，这个范围称为爆炸浓度极限。72设计有爆炸危险的通风系统时，应注意以下几点：1系统的风量除了满足一般的要求外，还应校核其中可燃物的浓度。如果可燃物浓度在爆炸浓度的范围内，则应按下式加大风量：m3/s式中x在局部排风罩内每秒排出的可燃物量或每秒产生的可燃物量，gs；y可燃物爆炸浓度下限，gm3。2防止可燃物在通风系统的局部地点(死角)积聚。3选用防爆风机，并采用直联或联轴器传动方式。如果采用三角皮带传动，为防止静电产生火花，可用接地电刷把静电引入地下。4有爆炸危险的通风系统，应设防爆门。当系统内压力急剧升高时，靠防爆门自动开启泄压。73本章要点本章要点风管内气体流动阻力的工程计算方法系统压力分布的原理及压力图的绘制方法风管的水力计算方法通风管道设计的有关问题
