空调管道水力计算.ppt

空调系统水力计算 气体输配管网水力计算 计算之前 需先完成空气输配管网的布置 包括系统划分 管道布置 设备和各送排风点位置的确定 各送风点要求的风量和要求各管段的风量也得一一确定 完成上述前期准备工作之后 方可按假定流速法的基本步骤进行水力计算 2 3 1 1管内流速和管道断面尺寸 1 绘制风管系统轴测图绘制风管系统轴测图 并划分好管段 对各管段进行编号 标注长度和风量 通常按流量和断面变化划分管段 一条管段内流量和管段断面不变 流量和断面二者之一或二者同时发生变化之处是管段的起点或终点 管段长度按管段的中心线长度计算 不扣除管件 如三通 弯头 本身的长度 2 确定管内流速管内的流速对通风 空调系统的经济性有较大影响 对系统的技术条件也有影响 流速高 风管断面小 占用的空间小 材料耗用少 建造费用小 但系统阻力大 动力消耗大 运行费用增加 且增加噪声 若气流中 含有粉尘等 会增加设备和管道的磨损 反之 流速低 阻力小 动力消耗少 但是风管断面大 材料和建造费用大 风管占用的空间也增大 流速过低会使粉尘沉积而堵塞管道 因此 必须通过全面的技术经济比较选定合理的流速 根据经验总结 风管内的空气流速可按下表确定 若输送的是含尘气流 流速不应低于其表所列的值 一般通风系统中常用的空气流速 m s 表 3 确定各管段的断面尺寸 计算摩擦阻力和局部阻力根据风管的风量和选择的流速初步确定风管断面尺寸 并适当调整使其符合通风管道统一规格 然后 按调整好的断面尺寸计算管内实际流速 2 3 1 2风管摩擦阻力计算按管内实际流速计算阻力 阻力计算应从最不利环路 即最长 局部阻力件最多的环路 开始 通风空调管道中 气流大多属于紊流光滑区到 粗糙区之间的过渡区 可用 2 3 1 式计算摩擦阻力系数 再用 2 3 2 计算比摩阻Rm 式中K 风管内壁粗糙 mm D 风管直径 mm 可根据公式 2 3 1 和 2 3 2 制成的计算图表或线算图 可供计算管道阻力时使用 2 3 1 2 3 2 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两个参数 该图是按过渡区的 值 在压力B0 101 3kPa 温度t0 200C 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 Pa m 2 3 3 式中 Rm 实际的单位长度摩擦阻力 Pa m Rm0 图上查出的单位长度摩擦阻力 Pa m 实际的空气密度 kg m3 实际的空气运动粘度 m2 s 2 空气温度 大气压力和热交换修正式中Kt 温度修正系数 KB 大气压力修正系数 KB 热交换修正系数 Pa m 2 3 4 2 3 5 式中t 实际的空气温度 oc 式中B 实际的大气压力 kPa T 气流绝对温度 K Tb 管壁绝对温度 K 2 3 7 2 3 6 3 管壁粗糙度的修正 在通风空调正程中 常采用不同材料制作风管 各种材料的粗糙度K见表2 3 4 当风管管壁的粗糙度K 0 15mm时 可先由图查Rm0 再近似按下式修正 Kt 管壁粗糙度修正系数 K 管壁粗糙度 mm V 管内空气流速 m s Pa m 2 3 8 2 3 9 矩形风管摩阻按当量直径计算单位长度摩擦 阻力 分流速当量直径和流量当量直径两种 1 流速当量直径假设某一圆形风管中的空气与矩形风管中的空气流速相等 并且两者的单位长度摩阻力也相等 则该圆管的直径就称为流速当量直径 以DV表示 据此定义可推得为 2 3 10 根据矩形风管的流速当量直径Dv和实际流速V 由图2 3 1查得的Rm即为矩形风管的单位长度摩擦阻力 例 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 解2 1 矩道风道内空气流速 由V 5m s Dv 444mm查图2 3 1 P51 得 Rm0 0 62Pa m粗糙度修正系数 200 1 0 0 01 0 1 100 400 4000管径 40 35 1 80d流速 30 444 5 0 62 Rm Pa m 空气量m3 s 图2 3 1 P51 450 2 流量当量直径 设某一圆形风管中的流量与矩形风管的流量相等 并且单位长度摩擦阻力也相等 则该圆管的直径就称为矩形风管的流量当量当量直径 以DL表示 根据推导 流量当量直径可近似按下式计算 以流量当量直径DL和矩形风管的流量L 查图2 3 1所得的单位长度的摩擦阻力Rm 即为矩形风管的单位长度的摩擦阻力 2 3 11 由L 1m3 S DL 487mm查图2 3 1得Rm0 0 61Pa mRm 1 96 0 61 1 2Pa m 例2 2 例2 1 改用流量当量直径求矩形风管 单位长度摩擦阻力 解 矩形风道的流量当量直径 0 01 1 0 200 200 1 0 0 01 0 1 100 400 4000管径 40 35 1 80d流速 30 447 5 0 61 RmPa m 空气量m3 s 2 3 1 3风管局部阻力计算 首先确定局部阻力系数 和它对应的特征速度V 然后代入 2 2 3 式计算局部阻力 各种局部阻力系数 通常查设计手册等确定 各种设备的局部阻力或局部阻力系数 由设备生产厂提供 各管段摩擦阻力和局部阻力之和即为该管段的阻力 各管段阻力计算完成后 应进行并联管路的阻力平衡 以保证实际流量分配满足要求 2 3 1 4并联管路的阻力平衡 为了保证各管路达到预期的风量 使并联支管的计算阻力相等 称为并联管路阻力平衡 对一般的通风系统 两支管的计算阻力差应不超过15 含尘风管应不超过10 若过上述规定 采用下述方法进行阻力平衡 1 调整支管管径这种方法通过改变支管管径来调整支管阻力 达到阻力平衡 调整后的管径按下式计算 2 3 12 式中D 调整后的管径 D 原设计的管径 mm p 原设计的支管阻力 Pa p 要求达到的支管阻力 Pa 应当指出 采用本方法时 不宜改变三通支管直径 可在三通支管上先增设一节渐扩 缩 管 以免引起三通局部阻力的变化 2 阀门调节通过改变阀门开度 调节阀门阻力 从理论上讲是最简单易行的方法 但对一个多支管的通风的空调管网 是一项复杂的技术工作 必须进行反复调整 测试才能实现预期的流量分配 2 3 1 5计算系统的总阻力和获得管网特性曲线 最不利环路所有串联管段阻力 包括设备 之和 即为管网系统的总阻力 p 管网的特性曲线为 p SQ2式中S 管网阻抗 kg s7 Q 管网总流量 m3 s 管网阻抗与管网几何尺寸及管网中的摩擦阻力系数 局部阻力系数 流体密度有关 当这些因素不变时 管网阻抗S为常数 根据计算的 2 3 13 的管网总阻力和要求的总风量Q 即可用 式 2 3 14 计算管网阻抗 获得管网特性曲线 不计算管段阻力和管网总阻力 而先计算各管段阻抗 再按如下串联管路的阻抗关系计算管网阻抗 也可获得管网特性曲线 管段i 2 3 14 2 3 15 串联管路 并联管路 上述公式表明 管网中任一管段的有关参数变化 都会引起整个管网特性曲线的变化 从而改变管网总流量和管段的流量分配 这决定了管网调整的复杂性 进一步从理论上可以证明 2 3 16 2 3 17 管网设计时不作好阻力平衡 完全依靠阀门 调节流量的作法难以奏效 尤其是并联管路较多的管网 获得管网特性曲线后即可结合动力设备 风机 的性能曲线匹配动力设备 具体匹配方法在第7章介绍 2 3 1 6计算例题 例2 3 图2 3 2所示的通风除尘管网 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 除尘器阻力 Pc 1200Pa 对该管网进行水力 计算 获得管网特性曲线 图 1 L 11m 2 3 L 6m L 3m 5 L 4m L 6m 4 7 L 6m 6 L 8m 圆形伞形罩 1500m3 s 4000m3 s 800m3 s 风机 除尘器 图2 3 2通风除尘系统的系统图 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 3 5 除尘器 6 风机 7为最利环路 3 根据各管段的风量及选定的流速 确定最不利环路各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力 根据表2 2 3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的计算量为6300 1 05 6615m3 h 管段1有水平风管 初定流速为14m s 根据Q1 1500m h 0 42m3 s V1 14m s所选管径按通风管道统一规格调整为D1 200mm 实际流速V1 13 4m3 S 由图2 3 1查得 Rml 12 5Pa m 同理可查得管段3 5 6 7的管径及比摩阻 具体结果见表2 3 5 4 确定管段2 4的管径及单位长度摩擦力 见表2 3 5 5 从阻力手册 暖通设计手册等资料查各管段的局部阻力系数 1 管段1设备密闭罩 1 0 对应接管动压 900弯头 R D 1 5 一个 0 17直流三通 1 3 见图2 3 3 根据F1 F2 F3 300 F2 F3 140 240 2 0 340Q2 Q3 800 2300 0 384 查得 13 0 20 V1 F1 V3 F3 V2 F2 图2 3 3合流三通 1 0 0 17 0 20 1 37 2 管段2圆形伞形罩 600 3 0 0990o弯头 R D 1 5 1个 0 1760o弯头 R D 1 5 1个 0 14合流三通 2 3 见图2 3 3 23 0 20 0 09 0 17 0 14 0 20 0 60 3 管段3直流三通 3 5 见图2 3 4 根据F3 F4 F5 300 F4 F5 300 380 2 0 62Q4 Q5 4000 6300 0 634 查得 35 0 05 0 05 4 管段4设备密闭罩 1 0 对应接管动压 900弯头 R D 1 5 一个 0 17合流三通 4 5 见图2 3 4 45 0 24 1 0 0 17 0 24 1 41 5 管段5除尘器进口变径管 渐扩管 除尘器出口尺寸300mm 800mm变径管长度L 400mm tan 0 475 25 4o 0 10 900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先近似选出一台风机 风机进口直径D0 500mm 变径管长度L 300mmF0 F6 500 420 2 1 41tan 0 13 7 6o 0 03 0 10 0 34 0 03 0 47 7 管段7风机出口渐扩管风机出口尺寸410mm 315mm D7 420mmF7 F出 0 138 0 129 1 07 0 带扩散管的伞形风帽 h D 0 5 0 60 0 606 计算各管段的沿程摩擦阻力局部阻力 计算结果见表2 3 5 7 对并联管段进行阻力平衡 1 汇合点A 为使管段1 2达到阻力平衡 改变管段2的管径 增大其阻力 根据公式 2 3 12 根据通风管道统一规格 取仍不平衡 只好取 在运行时再辅以阀门调节 消除平衡 1 汇合点B 为使阻力平衡 改变管段4的管径通风管道统一规格中没有此规格 但管段4长 按制作 使1 3处于平衡 8 计算系统总阻力 获得管网特性曲线 管网特性曲线为