《风管设计计算》PPT课件.ppt

第6章通风管道的设计计算 本章内容提要及重点 1水力计算基础 2通风管路水力计算 3管道内的压力分布 4均匀送风管道设计计算 5通风管道设计中的有关问题 第一节水力计算基础 本节重点 摩擦阻力与局部阻力的概念比摩阻的概念与线算图的使用局部阻力系数的查询 一 摩擦阻力 空气在横断面形状不变的管道内流动时的摩擦阻力按下式计算 摩擦阻力或沿程阻力是风管内空气流动时 由于空气本身的粘性及其与管壁间的摩擦而引起的沿程能量损失 对圆形风管 式中 风管内壁凸起的高度 mm 柯式公式不仅适用于紊流过渡区 而且也适用于紊流光滑管区和紊流粗糙管区 为了避免繁琐的计算 可根据式 1 和式 2 制成各种表或线解图 教材附录9 P243 就是一种线解图 可用于计算管道通风阻力 摩擦阻力系数 与管内的流态Re和风管管壁的粗糙度 D有关 f Re D 通风工程中常用柯列布鲁克 Colebrook 公式计算摩擦阻力系数 柯式公式为 通风管道单位长度摩擦阻力线算图 教材P243 流速 管径 附录6所示的线解图 可供计算管道阻力时使用 只要已知流量 管径 流速 阻力四个参数中的任意两个 即可利用该图求得其余的两个参数 1 密度和粘度修正 Pa m 2 空气温度和大气压力修正 Kt和KB也可直接由图查得 3 管壁粗糙度的修正 各种材料的粗糙度 当风管管壁的粗糙度 0 15mm时 可按下式修正 例 有一通风系统 采用薄钢板圆形风管 0 15mm 已知风量L 3600m3 h 1m3 s 管径D 300mm 空气温度t 30 求风管管内空气流速和单位长度摩擦阻力 解 查图 得v 14m s Rm0 7 7Pa m 查图6 2得 Kt 0 97 Rm KtRm0 0 97 7 7 7 47Pa m 二 矩形风管的摩擦阻力 附录6是按圆形管道得出的 对于矩形管道需先把矩形断面折算成当量直径 所谓当量直径 是指与矩形风管有相同单位长度摩擦阻力的圆形风管的直径 分流速当量直径和流量当量直径 1 流速当量直径DV 2 流量当量直径DL 注意 利用当量直径求矩形风管阻力时 要注意其对应关系 采用流速当量直径时 必须用流速去查比摩阻采用流量当量直径时 必须用流量去查比摩阻 三 局部阻力 当风流的方向和断面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 当空气流过断面变化的管件 如各种变径管 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 排风门 都会产生局部阻力 由实验测定 并整理成经验公式 见附录10 P244 突然扩大突然缩小渐扩管渐缩管 附录10教材P244 伞形罩圆形弯头矩形弯头 附录10教材P244 合流三通 附录10教材P244 249 F1 F2 F3F1 F3 30 v3F3 v3F3 F1 F2 F3 30 F1 F2 F3F1 F3 30 如何查询局部阻力系数 例1有一合流三通 如图所示 已知L1 1 17m3 s 4200m3 h D1 500mm v1 5 96m sL2 0 78m3 s 2800m3 h D2 250mm v2 15 9m sL3 1 94m3 s 7000m3 h D3 560mm v3 7 9m s分支管中心夹角 30 求此三通的局部阻力 解 按附录7 P245 列出的条件 计算下列各值L2 L3 0 78 1 94 0 4F2 F3 D2 D3 2 250 560 2 0 2经计算F1 F2 F3根据F1 F2 F3及L2 L3 0 4 F2 F3 0 2查得支管局部阻力系数 2 2 7直管局部阻力系数 1 0 73支管的局部阻力 Pa 直管的局部阻力 Pa 为什么局部阻力系数会出现负值 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 对应有两个阻力系数 当合流三通内直管的气流速度大于支管的气流速度时 直管会引射支管气流 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 这称为引射现象 解决的办法 尽可能做到各分支管内流速相等 防止出现引射现象 例2 已知L2 L3 0 2 F2 F3 0 25F1 F2 F3 30 查 1和 2 1 0 24 2 0 25 思考 已知L2 L3 0 347 F2 F3 0 34F1 F2 F3 30 如何查 1和 2 线性插值法 减小局部阻力的措施 1 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 2 减少风管的转弯数量 尽可能增大转弯半径 圆形风管弯头的曲率半径一般大于 1 2 倍管径 矩形风管弯头断面的长宽比 B A 愈大 阻力愈小 采用矩形直角弯头 应在其中设导流片 3 三通汇流要防止出现引射现象 分支管道中心线夹角要尽可能小 一般要求不大于30 4 降低管道进口和排风口的流速气流进入风管时 由于产生气流与管道内壁分离和涡流现象造成局部阻力 对于不同的进口形式 局部阻力相差较大 气流从风管口排出时 其在排出前所具有的能量全部损失 当出口处无阻挡时 此能量损失等于出口动压 当有阻挡 风帽 网格 百叶 时 能量损失将大于出口动压 就是说 1 为了降低出口动压损失 有时把出口制作成扩散角较小的渐扩管 1 第二节风管内的压力分布 单位体积流量的能量方程 对于无压源的水平管道 以管道轴线为基准面 则有 压力坡度图 2 1 3 4 5 6 7 8 9 P0 第三节通风管路水力计算 一 何为通风管道的水力计算 通风管道的水力计算是在系统和设备布置 风管材料 各送排风点的位置和风量均已确定的基础上 确定各管段的管径 或断面尺寸 和阻力 保证系统内达到要求的风量分配 最后确定风机的型号和动力消耗 通风管道的水力计算最常用的方法是假定流速法 二 假定流速法的计算步骤 绘制通风或空调系统轴测图 对各管段进行编号 标注长度和风量 选定最不利环路 确定合理的空气流速 根据风量和流速确定管段的断面尺寸 计算最不利环路的摩擦阻力和局部阻力 并联管路的阻力平衡 计算系统的总阻力 选择风机 实例 如图示的通风系统 风管用钢板制作 输送含有轻矿物粉尘的空气 气体温度为常温 该系统采用脉冲喷吹清灰袋式除尘器 除尘器阻力 Pc 1200Pa 对该系统进行水力计算 并选择风机 1 对各管段进行编号 标出管段长度和各排风点的排风量 2 选定最不利环路 本系统选择l 3 5 除尘器 6 风机 7为最不利环路 3 根据各管段的风量及选定的流速 确定最不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力 根据教材表6 4 P159 输送含有轻矿物粉尘的空气时 风管内最小风速为 垂直风管12m s 水平风管14m s 考虑到除尘器及风管漏风 取5 的漏风系数 管段6及7的计算风量为6300 1 05 6615m3 h 所选管径按通风管道统一规格调整为 D1 200mm 实际流速v1 13m s 由附录6的图得 Rm1 12 5Pa m 同理可查得管段3 5 6 7的管径及比摩阻 具体结果见下表 4 确定管段2 4的管径及单位长度摩擦阻力 见下表 管段1有水平风管 根据L1 1500m3 h 0 42m3 s v1 14m s 求出管径为 m 195mm 管道水力计算汇总表 5 确定各管段的局部阻力系数查通风设计手册等资料确定局部阻力系数 1 管段1设备密闭罩 1 0900弯头 R D 1 5 一个 0 17直流三通 1 3 根据F1 F2 F3 即0 0283 0 0154 0 0437 0 0452 300F2 F3 140 240 2 0 34 L2 L3 800 2300 0 348查得 13 0 2 使用插值法 管段1总的局部阻力系数为 1 0 0 17 0 2 1 37 2 管段2圆形伞罩 600 0 09900弯头 R D 1 5 一个 0 17600弯头 R D 1 5 一个 0 14合流三通 2 3 23 0 2管段2总的局部阻力系数为 0 09 0 17 0 14 0 2 0 6 3 管段3直流三通 3 5 如图所示 F3 F4 F5即0 0452 0 0615 0 108 0 113 30 F4 F5 280 380 2 0 54L4 L5 4000 6300 0 63 35 0 05 0 05 4 管段4设备密闭罩 1 0900弯头 R D 1 5 一个 0 17合流三通 4 5 45 0 64管段4总的局部阻力系数为 1 0 0 17 0 64 1 81 5 管段5除尘器进口变径管 渐扩管 除尘器进口尺寸300mm 800mm 变径管长度l 500mmtg 0 5 800 380 500 0 42 22 7 0 60 0 60 6 管段6除尘器出口变径管 渐缩管 除尘器出口尺寸300mm 800mm 变径管长度l 500mmtg 2 0 5 800 420 500 0 38 41 60 0 10900弯头 R D 1 5 2个 2 0 17 0 34风机进口渐扩管按要求的总风量和估计的管网总阻力拟选一台风机 风机进口直径D1 450mm 变径管长度l 300mmF0 F6 450 420 2 1 15tg 2 0 5 450 420 300 0 05 5 70 0 02管段6总的局部阻力系数为 0 1 0 34 0 02 0 46 7 管段7风机出口渐扩管风机出口尺寸360mm 315mmD7 420mmF7 F出 0 138 0 113 1 22tg 2 0 5 420 360 300 0 1 11 40 0 02带扩散管的伞形风帽 h D0 0 5 0 6管段7总的局部阻力系数为 0 02 0 6 0 626 计算各管段的摩擦阻力和局部阻力计算结果见表 7 对并联管路进行阻力平衡 1 汇合点A P1 334Pa P2 181 6Pa 为了使管段1 2达到阻力平衡 改变管段2的管径 增大其阻力 减小管段2的管径为 mm 根据通风管道统一规格 取D2 120mm 此时的阻力 Pa 满足平衡条件 取D2 120mm 其对应的阻力360 3Pa 2 汇合点B P1 P3 334 54 442Pa P4 435 9Pa 满足平衡条件 管路1 3处于平衡 8 计算系统的总阻力按管路1 3 5 除尘器 6 风机 7进行计算 P P1 P3 P5 Pc P6 P7 P 334 54 112 9 1200 66 8 101 8 1870Pa9 选择风机风机风量Lf 1 15L 1 15 6615 7607m3 h 2 11m3 s风机风压Pf 1 15 P 1 15 1870 2151Pa 2 151kPa管网阻抗K Pf Lf2 2 151 2 112 0 483管网特性方程 P 0 483L2 从风机产品目录中选用C4 73NO 4 5离心排尘通风机 工况点风压为2 25kPa 风量为2 11m3 s 全压效率为88 风机转数n 2800r min 配用Y132S2 2型电动机 功率7 5kW 第四节均匀送风管道设计计算 一 设计的原理 孔口面积上的平均流速可以按下式计算 孔口流出的风量 风口的流速分布如图 矩形送风管断面不变 采用等条缝口送 排 风 要实现均匀送风可采取的措施 如图 1 设阻体 2 改变断面积 3 改变送风口断面积 4 增大F 减小f0 二 实现均匀送风的条件 1 保持各侧孔静压相等 即保持两侧孔静压相等的条件是 两侧孔的动压降等于两侧孔间的阻力 2 保持各侧孔流量系数相等 与孔口形状 流角 以及L0 L 有关 在范围内 0 6 3 增大出流角 保持 60 接近90 必须使 要求较高时 可在孔口处安装垂直于侧壁的挡板 或把孔口改成短管 三 局部阻力系数和流量系数 通常把侧孔送风的均匀管道看作是支管长度为0的三通 局部阻力包含两部分 直通部分局部阻力和侧孔出流的局部阻力 侧孔流量系数 0 6 0 65 直流三通局部阻力系数 由L0 L查表6 6 P168 表6 6空气流过侧孔直通部分的局部阻力系数 三 实例 如图所示总风量8000m3 h的圆形均匀送风管道 采用8个等面积的侧孔送风 孔间距为1 5m 试确定其孔口面积 各断面直径及总阻力 先确定侧孔个数 侧孔间距及每个侧孔的送风量 然后计算出侧孔面积 送风管道直径 或断面尺寸 及管道的阻力 解答 第五节通风管道设计中的有关问题 系统划分具体风管布置风管断面及管道定型化风管材料的选择风管的保温进排风口具体防爆及防火 本章结束 系统划分 对于下列情况应设单独排风系统 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 两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘 放散剧毒物质的房间和设备 风管布置 对进风口 应设在室外空气较清洁的地方 应尽量设在排风口的上风侧 进风口底部不低于地坪20米 降温用的排风口应设在背阴面 对排风口 净化后达到排风标准的排风口应高出屋顶1米 不应设在人员密集处 管内合理的空气流速教材P158 返回 阻力平衡 为了保证各送 排风点达到预期的风量 两并联支管的阻力必须保持平衡 对一般的通风系统 两支管的阻力差应不超过15 除尘系统应不超过10 若超过上述规定 可采用下述方法使其阻力平衡 1 调整支管管径 2 增大支管风量 3 阀门调节 返回 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 若风机在非标准状态下工作时 则按下式进行换算 返回