通风管道系统的设计计算.ppt
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1、8.0 8.0 概述概述8.1 8.1 风管内气体流动的流态和阻力风管内气体流动的流态和阻力8.2 8.2 风管内的压力分布风管内的压力分布8.3 8.3 通风管道的水力计算通风管道的水力计算8.4 8.4 均匀送风管道设计计算均匀送风管道设计计算8.5 8.5 通风管道设计中的常见问题及其处理措施通风管道设计中的常见问题及其处理措施8.6 8.6 气力输送系统的管道设计计算气力输送系统的管道设计计算第第8章通风管道系统的设计计算章通风管道系统的设计计算1定义: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
2、气体直接排送到室外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。或经净化处理后排送到室外的管道。8.0 8.0 概概 述述分类:分类:包括通风除尘管道、空调管道等。包括通风除尘管道、空调管道等。作用:作用:把通风进风口、空气的热、湿及净化处理设备、送把通风进风口、空气的热、湿及净化处理设备、送(排排)风口、部件和风机连成一个整体,使之有效运转。风口、部件和风机连成一个整体,使之有效运转。设计内容:设计内容:风管及其部件的布置;管径的确定;管内气体流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。动时能量损耗的计算;风
3、机和电动机功率的选择。设计目标:设计目标:在满足工艺设计要求和保证使用效果的前提下,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。优。2通风除尘管道通风除尘管道44风机风机风机风机11排排排排风罩风罩风罩风罩55风帽风帽风帽风帽11排排排排风罩风罩风罩风罩22风管风管风管风管有害气体有害气体有害气体有害气体室外大气室外大气室外大气室外大气33净化设备净化设备净化设备净化设备 如图,在风机如图,在风机4 4的动力作用下,排风罩(或排风口)的动力作用下,排风罩(或排风口)1 1将将室内污染空
4、气吸入,经管道室内污染空气吸入,经管道2 2送入净化设备送入净化设备3 3,经净化处理达到,经净化处理达到规定的排放标准后,通过风帽规定的排放标准后,通过风帽5 5排到室外大气中。排到室外大气中。3空调送风系统空调送风系统33风机风机风机风机1 1新风口新风口新风口新风口室外大气室外大气室外大气室外大气22进进进进气气气气处理设备处理设备处理设备处理设备44风管风管风管风管55送风口送风口送风口送风口室内室内室内室内 如图,在风机如图,在风机3 3的动力作用下,室外空气进入新风口的动力作用下,室外空气进入新风口1 1,经进气处理设备,经进气处理设备2 2处理后达到处理后达到 卫生标准或工艺要求
5、后,由风卫生标准或工艺要求后,由风管管4 4输送并分配到各送风口输送并分配到各送风口5 5,由风口送入室内。,由风口送入室内。48.18.1风管内气体流动的流态和阻力风管内气体流动的流态和阻力风管内气体流动的流态和阻力风管内气体流动的流态和阻力8.1.1两种流态及其判别分析两种流态及其判别分析 流体在管道内流动时,其流动状态,可以分为层流、紊流。流体在管道内流动时,其流动状态,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。算风道摩擦阻力系数的基本参数。在通风与空调工程中,雷诺数通常用右式表示
6、:在通风与空调工程中,雷诺数通常用右式表示:8.1.2风管内空气流动的阻力风管内空气流动的阻力l产生阻力的原因:产生阻力的原因:空气在风管内流动之所以产生阻力是因为空气是具有空气在风管内流动之所以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。滞作用和扰动作用。l阻力的分类:摩擦阻力或沿程阻力;局部阻力阻力的分类:摩擦阻力或沿程阻力;局部阻力51 1 1 1 沿程阻力沿程阻力沿程阻力沿程阻力 空气在任意
7、横断面形状不变的管道中流动时,根据流体力学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: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:对于圆形截面风管,其阻力由下式计算:单位长度的摩擦阻力又称比摩阻。对于圆形风管,由上式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:可知其比摩阻为:(8-58-5)(1 1)圆形风管的沿程阻力计算)圆形风管的沿程阻力计算6摩擦阻力系数摩擦阻力系数与管内流态和风管管壁的粗糙度与管内流态和风管管壁的粗糙度K/DK/D有关有关图图8-1 8-1 摩擦阻力系数摩擦阻力系数随雷诺数和相对粗
8、糙度的变化随雷诺数和相对粗糙度的变化1 1 1 1 沿程阻力沿程阻力沿程阻力沿程阻力7 有关过渡区的摩擦阻力系数计算公式很多,一般采用适用有关过渡区的摩擦阻力系数计算公式很多,一般采用适用三个区的柯氏公式来计算。它以一定的实验资料作为基础,美三个区的柯氏公式来计算。它以一定的实验资料作为基础,美国、日本、德国的一些暖通手册中广泛采用。我国编制的国、日本、德国的一些暖通手册中广泛采用。我国编制的全全国通用通风管道计算表国通用通风管道计算表也采用该公式:也采用该公式:为了避免繁琐的计算,可根据公式(为了避免繁琐的计算,可根据公式(8-58-5)和式()和式(8-78-7)制)制成各种形式的表格或线
9、算图。附录成各种形式的表格或线算图。附录4 4所示的通风管道单位长度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,只要已知算表,只要已知流量、管径、流速、阻力流量、管径、流速、阻力四个参数中的四个参数中的任意两任意两个个,即可求得,即可求得其余两个参数其余两个参数。(8-7)1 1 1 1 沿程阻力沿程阻力沿程阻力沿程阻力8附录附录4 4 通风管通风管道单位长度摩擦道单位长度摩擦阻力线算图阻力线算图9 需要说明的是,附录需要说明的是,附录4 4的线算图是的线算图是是按过渡区的是按过渡区的 值,在压值,在压
10、力力B B0 0=101.3kPa=101.3kPa、温度、温度t t0 0=20=200 0C C、空气密度、空气密度 0 0=1.24kg/m=1.24kg/m3 3、运动粘、运动粘度度=15.06=15.061010-6-6m m2 2/s/s、壁粗糙度、壁粗糙度K=0.15mmK=0.15mm、圆形风管、气流与、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,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。应进行修正。1 1)密度和粘度的修正)密度和粘度的修正 2 2)空气温度和大气压力的修正)空气温度和大气压力的修正 3 3)管壁粗糙度的修正)
11、管壁粗糙度的修正 1 1 1 1 沿程阻力沿程阻力沿程阻力沿程阻力10 有一通风系统,采用薄钢板圆形风管(有一通风系统,采用薄钢板圆形风管(K=0.15 mmK=0.15 mm),已),已知风量知风量L L3600 m3600 m2 2/h/h(1m1m3 3/s/s)。管径)。管径D D300 mm300 mm,空气温度,空气温度t t3030。求风管管内空气流速和单位长度摩擦阻力。求风管管内空气流速和单位长度摩擦阻力。=0.97=0.97解:查附录解:查附录4 4,得,得14 14 m/sm/s,7.68 Pa/m7.68 Pa/m 查图查图8-28-2得,得,=0.97=0.977.68
12、 Pa/m=7.45 Pa/m7.68 Pa/m=7.45 Pa/m 例例例例8-18-18-18-11 1 1 1 沿程阻力沿程阻力沿程阻力沿程阻力112.2.矩形风管的沿程阻力计算矩形风管的沿程阻力计算矩形风管的沿程阻力计算矩形风管的沿程阻力计算 全国通用通风管道计算表全国通用通风管道计算表和附录和附录4 4的线算图是按圆形风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,即管断面尺寸折算成与之相当的圆形风管直径,即当量直径当量直径,再,再由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力
13、。由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。所谓所谓“当量直径当量直径”,就是与矩形风管有相同单位长度摩擦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,它有阻力的圆形风管直径,它有流速当量直径流速当量直径和和流量当量流量当量直径两种。直径两种。(1 1)流速当量直径)流速当量直径(2 2)流量当量直径)流量当量直径12 解解 矩道风道内空气流速矩道风道内空气流速1 1)根据矩形风管的)根据矩形风管的流速当量直径流速当量直径D Dv v和和实际流速实际流速V V,求矩形风,求矩形风管的单位长度摩擦阻力。管的单位长度摩擦阻力。有一表面光滑的砖砌风道(有一表面光滑的砖砌风道(K=3mmK=3mm),
14、),横断面尺寸为横断面尺寸为500mm500mm400mm,400mm,流量流量L=1mL=1m3 3/s(3600m/s(3600m3 3/h)/h),求单位长度摩阻力。求单位长度摩阻力。例例例例8-28-213由由V=5m/s、Dv=444mm查图查图得得Rm0=0.62Pa/m2002001.01.00.010.010.10.110010040040040004000管径管径管径管径404035351 18080流速流速流速流速30304444445 50.620.62R Rmm(Pa/m(Pa/m)空气量空气量空气量空气量mm3 3/s/s450450粗糙度修正系数粗糙度修正系数 例例
15、例例8-28-214由由L=1m3/S、DL=487mm查查图图2-3-1得得Rm0=0.61Pa/mRm=1.960.61=1.2Pa/m2 2)用)用流量当量直径流量当量直径求矩形风管单位长度摩擦阻力。求矩形风管单位长度摩擦阻力。矩形风道的流量当量直径矩形风道的流量当量直径0.010.011.01.02002002002001.01.00.010.010.10.110010040040040004000管径管径管径管径404035351 18080流速流速流速流速30304474475 50.610.61R RmmPa/mPa/m空气量空气量空气量空气量mm3 3/s/s()()()()0
16、.6250.250.6250.251.30.4 0.51.30.4 0.50.447LabDa bm=+=+=例例例例8-28-2152 2 2 2 局部阻力局部阻力局部阻力局部阻力 一般情况下,通风除尘、空气调节和气力输送管道都要安一般情况下,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、风管进出如各种变径管、变形管、风管进出口、阀门口、阀门)、流向变化的管件(弯头)和流量变化的管件、流向变化的管件(弯头)和流量变化的管件(如三如三通、四通、风管的侧面送、排风口通、四通、风管的侧面送、排风口),用以控制和调节管内的气,用以控制和
17、调节管内的气流流动。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,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。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: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
18、上求得,一般用实验方法确定。局部阻力系数也不能从理论上求得,一般用实验方法确定。在附录在附录5 5中列出了部分常见管件的局部阻力系数。中列出了部分常见管件的局部阻力系数。16 局部阻力在通风、空调系统中占有较大的比例,在设局部阻力在通风、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。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。下面介绍几种常用的减小局部阻力的措施。下面介绍几种常用的减小局部阻力的措施。减小局部阻力的措施减小局部阻力的措施
19、减小局部阻力的措施减小局部阻力的措施(1 1)渐扩管和渐缩管渐扩管和渐缩管几种常见的局部阻力产生的类型:几种常见的局部阻力产生的类型:、突变、突变、渐变、渐变 17、转弯处、转弯处 、分岔与会合、分岔与会合2312312减小局部阻力的措施减小局部阻力的措施减小局部阻力的措施减小局部阻力的措施18(2)三通三通图8-4 三通支管和干管的连接19(3 3)弯管)弯管图图8-5圆圆形形风风管弯管弯头头图图8-6矩形矩形风风管弯管弯头头图图8-7设设有有导导流片的直流片的直角弯角弯头头(4 4)管道进出口管道进出口图图8-8风风管管进进出口阻力出口阻力20(5 5)管道和风机的连接管道和风机的连接图图
20、8-9风风机机进进出口管道出口管道连连接接218.2 8.2 8.2 8.2 风管内的压力分布风管内的压力分布风管内的压力分布风管内的压力分布8.2.1 8.2.1 动压、静压和全压动压、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。研究风管内压力的分布规律,有助于我们压力是不断变化的。研究风管内压力的分布规律,有助于我们正确设计通风和空调系统并使之经济合理、安全可靠的运行。正确设计通风和空调系统并使之经济合理、安全可靠的运行。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。分析的原理是风流的能量方程和静
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- 通风管道 系统 设计 计算
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