通风管道系统的设计计算(新)

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 主要内容： 掌握风管内气体流动的流态和阻力; 熟悉风管内的压力分布; 掌握通风管道的设计计算; 熟悉通风管道的设计选型.重点及难点 风管内的压力分布 ; 掌握通风管道的设计计算. 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 。分 类 ： 包 括 通 风 除 尘 管 道 、 空 调 管 道 等 。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 。设 计 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 。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 。 8.1.1 两 种 流 态 及 其 判 别 分 析 流 体 在 管 道 内 流 动 时 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 。 DV Re 在 通 风 与 空 调 工 程 中 ， 雷 诺 数 通 常 用 右 式 表 示 ： 在 通 风 和 空 调 管 道 系 统 中 ， 一 般 雷 诺 数 都 大 于 4000， 因此 薄 钢 板 风 管 的 空 气 流 动 状 态 大 多 属 于 紊 流 光 滑 区 到 粗 糙 区 之间 的 过 渡 区 和 紊 流 粗 糙 区 。 通 常 ， 高 速 风 管 的 空 气 流 动 状 态 也处 于 过 渡 区 。 只 有 直 径 很 小 表 面 粗 糙 度 很 大 的 砖 、 混 凝 土 风 管的 空 气 流 动 状 态 才 属 于 粗 糙 区 。 8.1.2 风 管 内 空 气 流 动 的 阻 力l 产 生 阻 力 的 原 因 ： 空 气 在 风 管 内 流 动 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 ： 风 管 内 空 气 流 动 的 阻 力 有 两 种 。 一 种 是 由 于 空 气 本 身 的 粘 滞 性 及 其 与 管 壁 间 的 摩 擦 而 引 起的 沿 程 能 量 损 失 ， 称 为 摩 擦 阻 力 或 沿 程 阻 力 ； 一 种 是 空 气 在 流 经 各 种 管 件 或 设 备 时 ， 由 于 速 度 大 小 或 方向 的 变 化 以 及 由 此 产 生 的 涡 流 造 成 的 比 较 集 中 的 能 量 损 失 ，称 为 局 部 阻 力 。 lvRP sm 241 2 XFRs 空 气 在 任 意 横 断 面 形 状 不 变 的 管 道 中 流 动 时 ， 根 据 流 体 力 学 原理 ， 它 的 沿 程 阻 力 可 以 按 下 式 确 定 ： 对 于 圆 形 截 面 风 管 ， 其 阻 力 由 下 式 计 算 ：lvDPm 21 2 单 位 长 度 的 摩 擦 阻 力 又 称 比 摩 阻 。 对 于 圆 形 风 管 ， 由 上式 可 知 其 比 摩 阻 为 ： 2/ 2 vDlPR mm（ 1） 圆 形 风 管 的 沿 程 阻 力 计 算 摩 擦 阻 力 系 数 与 管 内 流 态 和 风 管 管 壁 的 粗 糙 度 K/D有 关)/( DKRf e ， 图 8-1 摩 擦 阻 力 系 数 随 雷 诺 数 和 相 对 粗 糙 度 的 变 化 有 关 过 渡 区 的 摩 擦 阻 力 系 数 计 算 公 式 很 多 ， 我 国 编 制的 全 国 通 用 通 风 管 道 计 算 表 采 用 该 公 式 ： Re51.271.3lg21 DK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 。 附 录 4 通 风 管 道 单位 长 度 摩 擦 阻 力 线算 图 需 要 说 明 的 是 ， 附 录 4的 线 算 图 是 是 按 过 渡 区 的 值 ， 在 压 力B0=101.3kPa、 温 度 t0=200 、 空 气 密 度 0=1.24kg/m3、 运 动 粘 度=15.06 10-6m2/s、 壁 粗 糙 度 K =0.15mm、 圆 形 风 管 、 气 流 与 管壁 间 无 热 量 交 换 等 条 件 下 得 的 。 当 实 际 条 件 与 上 述 不 符 时 ， 应 进行 修 正 。1） 密 度 和 粘 度 的 修 正 1.0091.000 )()( mm RR 2） 空 气 温 度 和 大 气 压 力 的 修 正 0mBtm RKKR 825.0273 20273 tKt 9.0)3.101(BKB 3） 管 壁 粗 糙 度 的 修 正 0mrm RKR 有 一 通 风 系 统 ， 采 用 薄 钢 板 圆 形 风 管 （ K = 0.15 mm） ，已 知 风 量 L 3600 m2/h（ 1 m3/s） 。 管 径 D 300 mm， 空 气温 度 t 30 。 求 风 管 管 内 空 气 流 速 和 单 位 长 度 摩 擦 阻 力 。0mRtK 0mtm RKR =0.97解 ： 查 附 录 4， 得 14 m/s， 7.68 Pa/m 查 图 8-2得 ， =0.97 7.68 Pa/m=7.45 Pa/m 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 。 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 ，并 且 两 者 的 单 位 长 度 摩 擦 阻 力 也 相 等 ， 则 该 圆 形 风 管 的 直 径 就 称 为此 矩 形 风 管 的 流 速 当 量 直 径 ， 以 表 示 。 vD（ 1） 流 速 当 量 直 径 4DRs )(2 baabRs ss RR vDba abD 2vD 称 为 边 长 a b的 矩 形 风 管 的 流 速 当 量 直 径 。 如 果 矩 形 风 管 内 的流 速 与 管 径 为 D的 圆 形 风 管 内 的 流 速 相 同 ， 两 者 的 单 位 长 度 摩 擦 阻力 也 相 等 。 因 此 ， 根 据 矩 形 风 管 的 流 速 当 量 直 径 和 实 际 流 速 ， 由 附录 4可 以 查 得 矩 形 风 管 的 单 位 长 度 摩 擦 阻 力 。圆 形 风 管 的 水 力 半 径矩 形 风 管 的 水 力 半 径 设 某 一 圆 形 风 管 中 的 空 气 流 量 与 矩 形 风 管 的 空 气 流 量 相 等 ，并 且 单 位 长 度 摩 擦 阻 力 也 相 等 ， 则 该 圆 形 风 管 的 直 径 就 称 为 此矩 形 风 管 的 流 量 当 量 直 径 ， 以 DL表 示 。 根 据 推 导 流 量 当 量 直 径 可近 似 按 下 式 计 算 。 5 3327.1 ba baDL 以 流 量 当 量 直 径 DL和 矩 形 风 管 的 流 量 L， 查 附 录 4所 得 的 单 位 长度 摩 擦 阻 力 ， 即 为 矩 形 风 管 的 单 位 长 度 摩 擦 阻 力 。 必 须 指 出 ， 利 用 当 量 直 径 求 矩 形 风 管 的 阻 力 ， 要 注 意 其 对 应关 系 ： 采 用 流 速 当 量 直 径 时 ， 必 须 用 矩 形 风 管 中 的 空 气 流 速 去 查出 阻 力 ； 采 用 流 量 当 量 直 径 时 ， 必 须 用 矩 形 风 管 中 的 空 气 流 量 去查 出 阻 力 。 用 两 种 方 法 求 得 的 矩 形 风 管 单 位 长 度 摩 擦 阻 力 是 相 等的 。（ 2） 流 量 当 量 直 径 解 矩道风道内空气流速1）根据矩形风管的流速当量直径Dv和实际流速V，求矩形风管的单位长度摩擦阻力。 有一表面光滑的砖砌风道（K=3mm），横断面尺寸为500mm 400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求单位长度摩阻力。 1 5 /0.5 0.4LV m sab 2 2 500 400 444500 400 V abD mma b 由V=5m/s、Dv=444mm查图得Rm0=0.62Pa/m粗 糙 度 修 正 系 数Kr=1.3m/s mPaRKR mrm /806.062.03.10 由 L=1m3/s、 DL=493mm查图 得 Rm0=0.61Pa/mRm=KrRm0=0.793Pa/m2） 用 流 量 当 量 直 径 求 矩 形 风 管( )( )( )( )0.60.20.60.21.270.4 0.51.27 0.4 0.50.493L abD a bm 一 般 情 况 下 ， 通 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 数 。 由 于 通 风 、 空 调 系 统 中 空 气 的 流 动 都 处 于 自 模 区 ， 局 部 阻力 系 数 只 取 决 于 管 件 的 形 状 ， 一 般 不 考 虑 相 对 粗 糙 度 和 雷 诺数 的 影 响 。 2Z 2 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 。 当 气 流 流 经 渐 扩 管 和 渐 扩 管 或 异 形 管 时 ， 由 于 管 道 断 面 的 突 然变 化 使 气 流 产 生 冲 击 ， 周 围 出 现 涡 流 区 ， 造 成 局 部 阻 力 。 扩 散 角 大的 渐 扩 管 局 部 阻 力 系 数 也 较 大 ， 尽 量 避 免 风 管 断 面 的 突 然 变 化 ， 用渐 缩 或 渐 扩 管 代 替 突 然 缩 小 或 突 然 扩 大 ， 中 心 角 最 好 在 8 10 ，不 要 超 过 45 。 下 图 给 出 了 渐 扩 和 渐 缩 管 件 连 接 的 优 劣 比 较 。 （ 1） 渐 扩 管 和 渐 扩 管 几 种 常 见 的 局 部 阻 力 产 生 的 类 型 ： 、 突 变 紊 流 通 过 突 变 部 分 时 ， 由 于 惯 性 作 用 ， 出 现 主 流 与 边 壁 脱 离 的现 象 ， 在 主 流 与 边 壁 之 间 形 成 涡 漩 区 ， 从 而 增 加 能 量 损 失 。 、 渐 变 主 要 是 由 于 沿 流 动 方 向 出 现 减 速 增 压 现 象 ， 在 边 壁 附 近 产 生 涡漩 。 因 为 V hv p ， 压 差 的 作 用 方 向与 流 动 方 向 相 反 ， 使 边 壁 附 近 ， 流 速 本 来 就 小 ， 趋 于 0, 在 这 些地 方 主 流 与 边 壁 面 脱 离 ， 出 现 与 主 流 相 反 的 流 动 ， 面 涡 漩 。 、 转 弯 处 流 体 质 点 在 转 弯 处 受 到 离 心 力 作 用 ， 在 外 侧 出 现 减 速 增 压 ，出 现 涡 漩 。 、 分 岔 与 会 合 上 述 的 综 合 。局 部 阻 力 的 产 生 主 要 是 与 涡 漩 区 有 关 ， 涡 漩 区 愈 大 ， 能 量 损失 愈 多 ， 局 部 阻 力 愈 大 。 5风流分叉与汇合1) 风流分叉 典型的分叉巷道如图所示，12段的局部阻力hl2和13段的局部阻力hl3分别用下式计算：2) 风流汇合 如图所示，13段和23段的局部阻力hl3、hl23分别按下式计算： 式中：( )2332131 22 vvvKhl ( ) 2332232 22 vvvKhl 22321121 coscos vQQvQQ 12 ( )222212121 cos22 vvvvKhl ( )233312131 cos22 vvvvKhl 231 23 （ 2） 三 通 三 通 内 流 速 不 同 的 两 股 气 流 汇 合 时 的 碰 撞 ， 以 及 气 流 速 度 改变 时 形 成 涡 流 是 造 成 局 部 阻 力 的 原 因 。 两 股 气 流 在 汇 合 过 程 中 的能 量 损 失 一 般 是 不 相 同 的 ， 它 们 的 局 部 阻 力 应 分 别 计 算 。 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 ， 即 流 速 大 的 直 管 气 流 失 去 能 量 ，流 速 小 的 支 管 气 流 得 到 能 量 ， 因 而 支 管 的 局 部 阻 力 有 时 出 现 负 值 。同 理 ， 直 管 的 局 部 阻 力 有 时 也 会 出 现 负 值 。 但 是 ， 不 可 能 同 时 为负 值 。 三 通 的 局 部 阻 力 大 小 ， 取 决 于 三 通 断 面 的 形 状 、 分 支 管 中 心 夹角 、 支 管 与 总 管 的 截 面 积 比 、 支 管 与 总 管 的 流 量 比 以 及 三 通 的 使用 情 况 (用 作 分 流 还 是 合 流 )。 图 8-4 三 通 支 管 和 干 管 的 连 接 布 置 管 道 时 ， 应 尽 量 取 直 线 ， 减 少 弯 管 ， 或 者 用 弧 弯 代 替 直 角弯 。 弯 管 的 阻 力 系 数 在 一 定 范 围 内 随 曲 率 半 径 的 增 大 而 减 小 ， 圆 形风 管 弯 管 的 曲 率 半 径 一 般 应 大 于 12倍 管 径 （ 见 图 8-5） ； 矩 形 风 管弯 管 断 面 的 长 宽 比 (B/A)愈 大 ， 阻 力 愈 小 ， 见 图 8-6， 其 曲 率 半 径 一般 为 当 量 直 径 的 612倍 。 对 于 断 面 大 的 弯 管 ， 可 在 弯 管 内 部 布 置 一组 导 流 叶 片 ， 见 图 8-7， 以 减 小 漩 涡 区 和 二 次 流 ， 降 低 弯 管 的 阻 力系 数 。（ 3） 弯 管图 8-5 圆 形 风 管 弯 头 图 8-6 矩 形 风 管 弯 头 图 8-7 设 有导 流 片 的 直角 弯 头 气 流 进 入 风 管 时 ， 由 于 产 生 气 流 与 管 道 内 壁 分 离 和 涡 流 现 象 造成 局 部 阻 力 。 气 流 从 风 管 出 口 排 出 时 ， 其 在 排 出 前 所 具 有 的 能 量 全都 损 失 。 当 出 口 处 无 阻 挡 时 ， 此 能 量 损 失 在 数 值 上 等 于 出 口 动 压 ，当 有 阻 挡 (如 风 帽 、 网 格 、 百 叶 )时 ， 能 量 损 失 将 大 于 出 口 动 压 ， 局部 阻 力 系 数 会 大 于 1。 因 此 ， 只 有 与 局 部 阻 力 系 数 大 于 1的 部 分 相 应的 阻 力 才 是 出 口 局 部 阻 力 (即 阻 挡 造 成 )， 等 于 1的 部 分 是 出 口 动 压损 失 。 对 于 不 同 的 进 口 形 式 ， 局 部 阻 力 相 差 较 大 。（ 4） 管 道 进 出 口 图 8-8 风 管 进 出 口 阻 力 管 道 与 风 机 的 连 接 应 当 保 证 气 流 在 进 出 风 机 时 均 匀 分 布 ， 避免 发 生 流 向 和 流 速 的 突 然 变 化 ， 避 免 在 接 管 处 产 生 局 部 涡 流 。 为了 使 风 机 正 常 运 行 ， 减 少 不 必 要 的 阻 力 ， 最 好 使 连 接 风 机 的 风 管管 径 与 风 机 的 进 、 出 口 尺 寸 大 致 相 同 。 如 果 在 风 机 的 吸 入 口 安 装 多 叶 形 或 插 板 式 阀 门 时 ， 最 好 将 其设 置 在 离 风 机 进 口 至 少 5倍 于 风 管 直 径 的 地 方 ， 避 免 由 于 吸 入 口 处气 流 的 涡 流 影 响 风 机 效 率 。 在 风 机 的 出 口 处 避 免 安 装 阀 门 ， 连 接风 机 出 口 的 风 管 最 好 用 一 段 直 管 。 如 果 受 到 安 装 位 置 的 限 制 ， 需要 在 风 机 出 口 处 直 接 安 装 弯 管 时 ， 弯 管 的 转 向 应 与 风 机 叶 轮 的 旋转 方 向 一 致 。 图 8-9给 出 了 进 出 口 管 道 连 接 的 优 劣 比 较 。 （ 5） 管 道 和 风 机 的 连 接 图 8-9 风 机 进 出 口 管 道 连 接 8.2.1 动 压 、 静 压 和 全 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 。 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 。 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 ） 。 2122221211 22 PgZPgZP jj 21222211 22 PPP jj 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 8.2.2 风 管 内 空 气 压 力 的 分 布设 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 。 110 Zqq PPP 11 Zq PP 2211 dP )2( 12 21111 Zdqj PPPP 断 面 1：列 出 空 气 入 口 外 和 入 口 (点 1)断 面 的 能 量 方 程 式 ：0qP因 大 气 压 力 0， 故1ZP 1dP式 中 空 气 入 口 处 的 局 部 阻 力 ；管 段 1-2的 动 压 。 上 式 表 明 ， 点 1处 的 全 压 和 静 压 均 比 大 气 压 低 。 静 压 降 的 一 部分 转 化 为 动 压 ， 另 一 部 分 消 耗 在 克 服 入 口 的 局 部 阻 力 . 下 面 确 定 各 断 面 的 压 力 ：（ 1） 吸 入 管 段 )( 2212112 Zmqq PlRPP )( )(221211 22212111222 Zmj dZmdjdqj PlRP PPlRPPPPP 2212121 Zmjj PlRPP 断 面 2：则 21mR 2ZP式 中 管 段 1-2的 比 摩 阻 ； 突 然 扩 大 的 局 部 阻 力 。由 于 1 2管 段 管 径 不 变 ， 所 以其 他 均 匀 管 段 类 同 。 21 dd PP 断 面 3：断 面 4： 323223 lRPP mqq 4334 Zqq PPP断 面 5(风 机 进 口 )： )( 5545445 Zmqq PlRPP 式 中 43ZP 渐 缩 管 的 局 部 阻 力 。式 中 5ZP 风 机 进 口 处 弯 头 的 局 部 阻 力 。 122121221112 212122121221212 22)1( 222 ZZq PPP 12 12ZP12 12式 中 风 管 出 口 处 空 气 流 速 ；风 管 出 口 处 局 部 阻 力 ；风 管 出 口 处 局 部 阻 力 系 数 ；包 括 出 口 动 压 损 失 在 内 的 出 口 局 部 阻 力 系 数 ， 即 一 般 所 指 的 端 点 局 部 阻 力 系 数 ， 断 面 12(风 管 出 口 )：（ 2） 压 出 管 段 式 中 式 中 式 中 1 21 11 21 11 21 1 lRPP mqq 11101110 Zqq PPP1110ZP 109109 Zqq PPP109ZP 9898 Zqq PPP98ZP 878787 lRPP mqq 断 面 11：断 面 10： 渐 扩 管 的 局 部 阻 力 。渐 缩 管 的 局 部 阻 力 。三 通 直 管 的 局 部 阻 力 。断 面 9：断 面 8：断 面 7： 121112111211 lRPP mqq 7676 Zqq PPP断 面 6(风 机 出 口 )：76ZP式 中 风 机 出 口 渐 扩 管 的 局 部 阻 力 。在断面8处有一三通分支管段，总气流有一部分分流到分支管内。为了表示分支管8-13的压力分布。过 引平行于支管8-13轴线的 线作为基准线，用上述同样方法求出此支管的全压值。因为断面8是分支管与直通管的共同断面，它们的压力线必定要在此汇合，即压力的大小相等，所以作用在分支管上的压力就是断面8处直通管的全压值。00 0 ii Zmi ZmZmqqf PlRPlRPlRPPP 121111 2121211121156 )(2)( 12 把 上 述 各 个 断 面 全 压 值 、 静 压 值 的 标 注 点 连 接 起 来 即 为 全 压 、 静 压 分布 线 。 从 图 8-10可 看 出 空 气 在 管 内 的 流 动 规 律 为 ：（ 1） 风 机 的 风 压 等 于 风 机 进 、 出 口 的 全 压 差 ， 或 者 说 等 于 风 管 的 阻 力及 出 口 动 压 损 失 之 和 ， 即 等 于 风 管 总 阻 力 。 可 用 下 式 表 示 ： （ 2） 各 并 联 支 路 的 阻 力 总 是 互 相 平 衡 的 。 如 果 在 设 计 中 没 能 使 各 支 路阻 力 平 衡 ， 则 在 系 统 实 际 运 行 时 ， 各 支 路 会 按 其 阻 力 特 性 自 动 平 衡 ， 改变 预 定 的 风 量 分 配 ， 使 排 风 罩 处 抽 风 量 达 不 到 设 计 要 求 。（ 3） 风 机 吸 入 段 的 全 压 和 静 压 均 为 负 值 ， 在 风 机 入 口 负 压 最 大 ； 风 机压 出 段 的 全 压 和 静 压 一 般 情 况 下 均 是 正 值 ， 在 风 机 出 口 正 压 最 大 。 因 此 ，在 管 道 系 统 中 若 某 处 有 漏 洞 或 风 管 连 接 不 严 密 ， 就 会 有 气 体 漏 入 或 逸 出 ，影 响 风 量 分 配 或 造 成 粉 尘 和 有 害 气 体 向 外 泄 漏 。（ 4） 压 出 段 上 点 10的 静 压 出 现 负 值 是 由 于 断 面 10收 缩 得 很 小 ， 使 流 速大 大 增 加 ， 当 动 压 大 于 全 压 时 ， 该 处 的 静 压 出 现 负 值 。 如 果 风 管 在 此 处开 孔 ， 即 使 是 压 出 管 段 也 会 将 管 外 空 气 吸 入 。 8.3.1 风 道 设 计 的 内 容 及 原 则1.设 计 计 算 通 风 、 空 调 工 程 中 ， 在 已 知 系 统 和 设 备 布 置 、 通 风量 的 情 况 下 ， 设 计 计 算 的 目 的 就 是 经 济 合 理 地 选 择 风 管 材 料 ， 确 定各 段 风 管 的 断 面 尺 寸 和 阻 力 ， 在 保 证 系 统 达 到 要 求 的 风 量 分 配 的 前提 下 选 择 合 适 的 风 机 型 号 和 电 机 功 率 。2.校 核 计 算 通 风 、 空 调 工 程 中 ， 当 已 知 系 统 和 风 管 断 面 尺 寸 ，或 者 通 风 量 发 生 变 化 时 ， 校 核 风 机 是 否 能 满 足 工 艺 要 求 ， 以 及 采 用该 风 机 时 ， 其 动 力 消 耗 是 否 合 理 。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 这 一 方 法 是 以 单 位 长 度 风 管 具 有 相 等 的 阻 力 为 前 提 的 。 计 算 步骤 是 ： 将 已 知 的 总 风 压 按 干 管 长 度 平 均 分 配 给 每 一 管 段 ， 再 根 据 每一 管 段 的 风 量 和 分 配 到 的 风 压 确 定 风 管 断 面 尺 寸 。 在 管 网 系 统 所 用的 风 机 风 压 已 定 时 ， 采 用 等 压 损 法 是 比 较 方 便 的 。 对 于 大 的 通 风 系统 可 利 用 压 损 平 均 法 进 行 支 管 的 压 力 平 衡 。 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 。1.压 损 平 均 法 该 法 原 理 是 在 管 道 的 分 支 处 ,由 于 分 流 使 流 速 降 低 , 根 据 静 压与 动 压 的 转 换 原 理 ,流 速 降 低 ,使 风 管 分 支 处 复 得 一 定 的 静 压 ,令 此复 得 静 压 等 于 该 管 段 的 阻 力 .由 此 即 可 求 得 管 道 的 直 径 .此 法 适 用 于高 速 空 调 系 统 的 水 力 计 算 。2.静 压 复 得 法 该 方 法 的 特 点 是 ， 先 按 技 术 经 济 要 求 选 定 风 管 的 流 速 ， 再 根 据风 管 的 风 量 确 定 风 管 的 断 面 尺 寸 和 阻 力 ， 然 后 对 各 支 路 的 压 力 损 失进 行 调 整 ， 使 其 平 衡 。 这 是 目 前 最 常 用 的 计 算 方 法 。3.假 定 流 速 法 该 法 的 原 理 是 以 管 道 投 资 费 用 与 运 行 费 用 总 和 最 低 作 为 目 标 函数 而 获 得 管 道 直 径 。 这 种 方 法 是 管 网 设 计 计 算 中 的 新 理 论 ,它 对 于降 低 通 风 系 统 的 能 耗 ,提 高 管 网 风 平 衡 精 度 具 有 重 要 的 意 义 。4. 优 化 设 计 法 8.3.3 风 道 设 计 的 步 骤 标 出 设 备 和 局 部 管 件 的 位 置 ， 对 各 管 段 进 行 编 号 （ 以 风 量 和风 向 不 变 为 原 则 把 通 风 系 统 分 成 若 干 个 单 独 管 段 ， 一 般 从 距 风 机最 远 的 一 段 管 件 由 远 而 近 顺 序 编 号 ） ， 标 注 各 管 段 长 度 （ 一 般 按两 管 件 间 中 心 线 长 度 计 算 ， 不 扣 除 管 件 本 身 的 长 度 ） 和 风 量 。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 速需 要 说 明 的 是 ， 确 定 风 管 断 面 尺 寸 时 ， 应 采 用 通 风 管 道 统 一 规格 ， 以 利 于 工 业 化 加 工 制 作 。 风 管 断 面 尺 寸 确 定 后 ， 应 按 管 内 实际 流 速 计 算 最 不 利 环 路 的 摩 擦 阻 力 和 局 部 阻 力 。（ 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 按 分 支 节 点 阻 力 平 衡 的 原 则 确 定 并 联 管 路 （ 或 支 风 管 ） 的 断面 尺 寸 。 要 求 两 分 支 管 的 阻 力 不 平 衡 率 ： 对 一 般 的 通 风 系 统 ， 应小 于 15 ， 除 尘 系 统 应 小 于 10 。 当 并 联 管 路 阻 力 差 超 过 上 述 规 定 的 要 求 时 ， 可 采 取 下 列 方 法调 整 阻 力 使 其 平 衡 。1)调 整 支 管 管 径通 过 改 变 支 管 管 径 来 改 变 支 管 的 阻 力 ， 达 到 阻 力 平 衡 。 调 整 后的 管 径 按 下 式 计 算 ： 225.0)( PPDD 采 用 本 方 法 时 不 宜 改 变 三 通 支 管 的 管 径 ， 可 以 在 三 通 支 管 上 增 设一 段 渐 扩 （ 缩 ） 管 ， 以 免 引 起 三 通 支 管 和 直 管 局 部 阻 力 的 变 化 。 5.0)( PPqq VV 当 两 支 管 的 阻 力 相 差 不 大 时 ， 例 如 在 20 以 内 ， 可 不 改 变 支 管管 径 ， 将 阻 力 小 的 那 段 支 管 的 流 量 适 当 加 大 ， 达 到 阻 力 平 街 。 增 大后 的 风 量 按 下 式 计 算 ：2)增 大 风 量 采 用 本 方 法 会 引 起 后 面 干 管 内 的 流 量 相 应 增 大 ， 阻 力 也 随 之增 大 ； 同 时 风 机 的 风 量 和 风 压 也 会 相 应 增 大 。 通 过 改 变 阀 门 开 度 ， 或 者 增 加 阀 门 个 数 来 调 节 管 道 阻 力 ，是 最 常 用 的 一 种 增 加 局 部 阻 力 的 方 法 。 这 种 方 法 虽 然 简 单 易 行 ，不 需 严 格 计 算 ， 但 是 对 某 一 支 管 进 行 阀 门 调 节 ， 会 影 响 整 个 系统 的 压 力 分 布 。 要 经 过 反 复 调 节 才 能 使 各 支 管 的 风 量 分 配 达 到设 计 要 求 。 对 于 除 尘 系 统 还 要 防 止 在 阀 门 附 近 积 尘 ， 引 起 管 道阻 塞 。 另 外 还 可 以 通 过 增 设 阻 力 圈 等 调 整 阻 力 的 装 置 进 行 调 节 。3） 增 加 支 管 局 部 压 力 损 失最 不 利 环 路 的 阻 力 加 上 空 气 净 化 处 理 装 置 和 其 他 可 能 的 设 备 的阻 力 为 系 统 的 总 阻 力 。（ 5） 计 算 系 统 的 总 阻 力 PKP pf VLfV qKq ,风 机 选 择 时 需 要 注 意 的 有 关 问 题 ：1） 根 据 输 送 气 体 性 质 、 系 统 的 风 量 和 阻 力 确 定 风 机 的 类 型 。2） 风 机 样 本 或 设 计 手 册 上 的 性 能 参 数 是 在 标 准 状 态 下 得 出 的 。当 实 际 使 用 情 况 不 是 标 准 状 态 时 ， 风 机 的 实 际 性 能 会 发 生 变 化 。 因此 在 选 择 风 机 时 应 对 风 机 性 能 进 行 换 算 ， 再 以 此 参 数 选 择 风 机 。 fVfV qq , )2.1( ff PP )2.1( NN （ 6） 选 择 风 机考 虑 到 风 管 、 设 备 的 漏 风 及 阻 力 计 算 的 不 精 确 ， 应 按 下 式 的 风 量 ，风 压 选 择 风 机 ： 通 风 除 尘 系 统 的 系 统 图 图 8-11所 示 为 某 车 间 的 振 动 筛 除 尘 系 统 。 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 。 解：(1)对 各 管 段 进 行 编 号 ， 标 出 管 段 长 度 和 风 点 的 排 风 量 。(2)选 定 最 不 利 环 路 ， 本 系 统 选 择 1-2-3-4-除 尘 器 -5-6-风 机 -7-8为 最不 利 环 路 。(3)根 据 各 管 段 的 风 量 及 选 定 的 流 速 ， 确 定 各 管 段 的 断 面 尺 寸 和 单 位长 度 摩 擦 阻 力 。根 据 表 8-5输 送 含 有 重 矿 物 粉 尘 的 空 气 时 ， 风 管 内 最 小 风 速 为 ， 垂 直风 管 14m/s、 水 平 风 管 16m/s.管 段 1-2水 平 风 管 ， 初 定 流 速 为 16m/s。 smhmL /75.0/2700 3321 smv /161 根 据求 出 管 径 。 所 选 管 径 应 尽 量 符 合 附 录 6的 通 风 管 道 统 一 规 格 。mmLD 244164360027004360021 mmD 24021 sm/59.1621 mpaRm /1421 mR 同 理 可 查 得 管 段 2 3， 3 4， 5 6， 7 8， 9 2和 10 3的 管径 及 ， 见 表 8-6。管 径 取 整 ， 令由 附 录 4查 得 管 内 实 际 流 速单 位 长 度 摩 擦 阻 力（ 4） 计 算 各 管 段 的 摩 擦 阻 力 和 局 部 阻 力 1） 管 段 1 2：摩 擦 阻 力 papalRP mm 775.514212121 30 10.0DR 30 222921 045.0)24.0(4 2 mmFF 22232 091.0)34.0(4 mmF 322921 FFF 305.0091.0 045.032 29 FF 5.05350265032 29 LL53.021 14.029 局 部 阻 力 查 附 录 5，90 弯 头 （ =1） 2个 0.25 2 0.50矩 形 伞 形 罩直 流 三 通 （ 12）当 时 ，根 据 查 得 图 8 12合 流 三 通 13.153.050.010.0 papaPd 07.16559.1622.12 221221 papaPP dz 53.26307.16513.12121 papaPPP zm 53.186)53.18677(212121 管 内 动 压管 段 1 2的 阻 力管 段 2 3、 管 段 3 4、 管 段 5 6、 管 段 7 8、 管 段 9 2、 管 段10 3的 阻 力 计 算 类 同 。 见 表 8 6。 （ 5） 校 核 节 点 处 各 支 管 的 阻 力 平 衡1)节 点 2 Pap 53.26321 Pap 13.19329 %10%7.2653.263 13.19353.26321 2921 p pp为 使 管 段 1 2、 9 2达 到 阻 力 平 衡 ， 要 修 改 原 设 计 管 径 ， 重 新 计算 管 段 阻 力 。根 据 公 式 （ 8-20） ， 改 变 管 段 1 2的 管 径 mmPPDD 257)13.193 53.263(240)( 225.0225.029 212121 mmD 26021 根 据 通 风 管 道 统 一 规 格 ， 取后 面 的 计 算 过 程 与 原 管 段 1 2计 算 类 同 。 papaPPP zm 53.180)43.1351.45(212121 经 过 计 算 ， 调 整 管 径 后 的 阻 力 为 ：重 新 校 核 阻 力 平 衡 %10%5.613.193 53.18013.19329 2129 p pp 此 时 认 为 节 点 2已 处 于 平 衡 状 态 。 在 有 些 时 候 ， 如 果 调 节 管径 仍 达 不 到 支 路 平 衡 的 要 求 ， 可 以 通 过 调 节 风 管 上 设 置 的 阀 门和 调 节 风 管 长 度 等 手 段 调 节 管 内 气 流 阻 力 。 2)节 点 3 计 算 过 程 与 节 点 2计 算 类 同 。 因 为 风 管 9 2的 阻 力 大 于 风 管 (1 2)的 阻 力 ， 所 以 核 定 为 管道 10 3 4 除 尘 器 5 6 风 机 7 8为 主 管 线 。 该 系 统 的 总阻 力 ： （ 6） 计 算 系 统 的 总 阻 力 ：( ) papa PPPPPZlRp m 1339)77.6524.5090012.2893.294( 876543310 除 尘 器 papaPKP pf 1847133920.1 hmhmLKL Lf /12478/1085015.1 33 hmLf /12993 3 papf 1990min/1800rn由 式 （ 8-22） ， 风 机 风 压 ：由 式 （ 8-23） ， 风 机 风 量 ：配 用 Y160M1-2型 电 动 机 ， 电 动 机 功 率 N=11Kw。（ 7） 选 择 风 机选 用 4-68NO.6.3C风 机 ,其 性 能 为风 机 转 速 ： 在 通 风 、 空 调 、 冷 库 、 烘 房 及 气 幕 装 置 中 ， 常 常 要 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 。（ 1） 条 缝 宽 度 或 孔 口 面 积 变 化 ， 风 道 断 面 不 变 ， 如 图 8-14所 示 。 0f图 8-14 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 （ 2） 风 道 断 面 变 化 ， 条 缝 宽 度 或 孔 口 面 积 不 变 ， 如 图 8-15所 示 。 0f图 8-15风 道 断 面 F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 。 0f 风 道 断 面 F及 孔 口 面 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 。 风 管 内 流 动 的 空 气 ， 在 管 壁 的 垂 直 方 向 受 到 气 流 静 压 作 用 ， 如果 在 管 的 侧 壁 开 孔 ， 由 于 孔 口 内 外 静 压 差 的 作 用 ， 空 气 会 在 垂 直 管壁 方 向 从 孔 口 流 出 。 但 由 于 受 到 原 有 管 内 轴 向 流 速 的 影 响 ， 其 孔 口出 流 方 向 并 非 垂 直 于 管 壁 ， 而 是 以 合 成 速 度 沿 风 管 轴 线 成 角的 方 向 流 出 ， 如 图 8-17所 示 。 图 8-17 孔 口 出 流 状 态 图 1. 出 流 的 实 际 流 速 和 流 向 jj pv 2 dd pv 2 22 dj djdj ppvvtg 静 压 差 产 生 的 流 速 为 ： 空 气 从 孔 口 出 流 时 ， 它 的 实 际 流 速 和 出 流 方 向 不 仅 取 决 于 静 压产 生 的 流 速 大 小 和 方 向 ， 还 受 管 内 流 速 的 影 响 。 孔 口 出 流 的 实 际 速度 为 二 者 的 合 成 速 度 。 速 度 的 大 小 为 ： 利 用 速 度 四 边 形 对 角 线 法 则 ， 实 际 流 速 的 方 向 与 风 道 轴 线方 向 的 夹 角 （ 出 流 角 ） 为空 气 在 风 管 内 的 轴 向 流 速 为 ： 2. 孔 口 出 流 的 风 量 vfL 36000 jfff 00 sin jj PfvfL 236003600 000 jvfLv 000 3600对 于 孔 口 出 流 ， 流 量 可 表 示 成 ：孔 口 处 平 均 流 速 ： （ 8-34） 73.1 djdj ppvvtg 73.1djvv 4/3600 dii vLD对 应 管 段 的 直 径 ： 3.实 现 均 匀 送 风 的 条 件 要 实 现 均 匀 送 风 需 要 满 足 下 面 两 个 基 本 要 求 ：1） 各 侧 孔 或 短 管 的 出 流 风 量 相 等 ；2） 出 口 气 流 尽 量 与 管 道 侧 壁 垂 直 ， 否 则 尽 管 风 量 相 等 也 不 会 均 匀 。 0f jp 从 式 （ 8-34） 可 以 看 出 ， 对 侧 孔 面 积 保 持 不 变 的 均 匀 送 风管 道 ， 要 使 各 侧 孔 的 送 风 量 保 持 相 等 ， 必 需 保 证 各 侧 孔 的 静 压 和流 量 系 数 相 等 ； 要 使 出 口 气 流 尽 量 保 持 垂 直 ， 要 求 出 流 角 接近 90 。 下 面 具 体 分 析 各 项 措 施 。 2121 )( ZlRPP mqq 212211 )( ZlRPPPP mdjdj 如 图 8-18所 示 有 两 个 侧 孔 ， 根 据 流 体 力 学 原 理 可 知 ， 断 面 1处 的 全压 应 等 于 断 面 2处 的 全 压 加 上 断 面 1-2间 的 阻 力 ， 即（ 1） 保 持 各 侧 孔 静 压 相 等1qP 2qP 由 此 说 明 ， 欲 使 两 个 侧 孔 静 压 相 等 ， 就 必 须 有2121 )( ZlRPP mdd 也 就 是 说 ， 若 能 使 两 个 侧 孔 的 动 压 降 等 于 两 侧 孔 间 的 风 管 阻 力 ，两 侧 孔 处 的 静 压 就 保 持 相 等 。图 8-18 侧 孔 出 流 状 态 图 （ 2） 保 持 各 侧 孔 流 量 系 数 相 等 0L图 8-19 锐 边 孔 口 的 值流量系数与孔口的形状、出口气流夹角以及孔口流量比等有关，由实验确定。对于锐边孔口，在600,流量比在0.10.5范围内,近似取0.6. （ 3） 增 大 出 流 角 度 风 管 中 静 压 与 动 压 的 比 值 愈 大 ， 气 流 在 侧 孔 的 出 流 角 度 也 愈 大 ， 即 出 流 方 向 与 管 壁 侧 面 愈 接 近 垂 直 （ 如 图 8-20（ a） 所示 ） 。 比 值 愈 小 ， 出 流 就 会 向 风 管 末 端 偏 斜 ， 难 于 达 到 均 匀 送 风的 目 的 （ 如 图 8-20（ b） 所 示 ） 。 取 600. a） b） 图 8-20 侧 孔 气 流 出 流 方 向 与 送 风 均 匀 性 均 匀 送 风 管 道 计 算 的 目 的 是 确 定 侧 孔 的 个 数 、 间 距 、 面 积 及 出风 量 ， 风 管 断 面 尺 寸 和 均 匀 送 风 管 段 的 阻 力 。 和 一 般 送 风 管 道 计 算 相 似 ， 在 计 算 侧 孔 送 风 时 的 局 部 阻 力 系 数时 需 注 意 。 侧 孔 送 风 管 道 可 以 认 为 是 支 管 长 度 为 零 的 三 通 。 当 空 气从 侧 孔 出 流 时 产 生 两 种 局 部 阻 力 ， 即 直 通 部 分 的 局 部 阻 力 和 侧 孔 局部 阻 力 。 L35.0 直 通 部 分 的 局 部 阻 力 系 数 可 以 按 布 达 柯 夫 提 出 的 公 式 确 定也 可 以 由 表 8-7查 出 。 20200 33.01f ） （）（ LL 0 侧 孔 的 局 部 阻 力 系 数 可 以 由 塔 利 耶 夫 的 试 验 数 据 （ 表 8-8）确 定 ， 也 可 以 按 下 式 计 算 均匀送风管道的计算方法是： （1）确定侧孔个数、侧孔间距及每个侧孔的送风量。（2）计算出侧孔面积f0（3）计算送风管道直径（或断面尺寸）（4）计算管道的阻力 当 通 风 系 统 所 处 的 工 作 场 所 （ 如 车 间 、 建 筑 物 等 ） 内 不 同地 点 有 不 同 的 送 、 排 风 使 用 要 求 时 ， 或 通 风 区 域 面 积 较 大 ， 送 、排 风 点 数 量 较 多 时 ， 为 便 于 系 统 的 运 行 管 理 ， 常 分 设 多 个 送 、排 风 系 统 。 除 个 别 情 况 外 ， 通 常 是 由 台 气 源 装 置 和 与 其 联 系在 一 起 的 管 道 及 设 备 构 成 一 个 系 统 。 划 分 排 风 系 统 时 ， 应 当 考虑 生 产 流 程 、 排 风 设 备 使 用 情 况 、 排 风 点 的 数 量 以 及 排 出 有 害物 的 物 理 化 学 性 质 等 因 素 。通 风 系 统 的 具 体 划 分 原 则 如 下 ：（ 1） 不 同 的 生 产 流 程 及 不 同 时 使 用 的 生 产 设 备 ， 根 据 设 备 的数 量 及 管 线 的 长 短 ， 确 定 是 否 组 合 成 一 个 系 统 或 设 单 独 系 统 。 2） 同 时 运 转 、 生 产 流 程 相 同 、 粉 尘 性 质 相 同 而 且 相 互 距 离 不 大的 扬 尘 设 备 的 吸 风 点 可 以 合 为 一 个