管道阻力的基本计算方法

管道阻力计算
空气在风管内的流动阻力有两种形式：一是由于空气本身的黏滞性以及空气与管壁间的摩擦所产生的阻力称为摩擦阻力；另一是空气流经管道中的管件时(如三通、弯头等)，流速的大小和方向发生变化，由此产生的局部涡流所引起的阻力，称为局部阻力。

一、摩擦阻力
根据流体力学原理，空气在管道内流动时，单位长度管道的摩擦阻力按下式计算：
ρλ
242
v R R s m ⨯= (5—3)
d ——风管内径，m ；
ν——运动黏度，m 2／s 。

在实际应用中，为了避免烦琐的计算，可制成各种形式的计算表或线解图。

图5—2是计算圆形钢板风管的线解图。

它是在气体压力B ＝101．3kPa 、温度t=20℃、管壁粗糙度K ＝0．15mm 等条件下得出的。

经核算，按此图查得的Rm 值与《全国通用通风管道计算表》查得的λ／d 值算出的Rm 值基本一致，其误差已可满足工程设计的需要。

只要已知风量、管径、流速、单位摩擦阻力4个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余两个参数，计算很方便。

图5—2 圆形钢板风管计算线解图
[例] 有一个10m 长薄钢板风管，已知风量L ＝2400m 3／h ，流速υ＝16m ／s ，管壁粗糙度K ＝0．15mm ，求该风管直径d 及风管摩擦阻力R 。

解 利用线解图5—2，在纵坐标上找到风量L ＝2400m 3／h ，从这点向右做垂线，与流速υ＝16m ／s 的斜线相交于一点，在通过该点表示风管直径的斜线上读得d ＝230mm 。

再过该点做垂直于横坐标的垂线，在与表示单位摩擦阻力的横坐标交点上直接读得Rm ＝13．5Pa ／m 。

该段风管摩擦阻力为：
R ＝R m l ＝13．5×10Pa ＝135Pa
无论是按照《全国通用通风管道计算表》，还是按图5—2计算风管时，如被输送空气的温度不等于20℃，而且相差较大时，则应对R 。

值进行修正，修正公式如下：
t m m K R R =' (5—9)
式中 'm R ——在不同温度下，实际的单位长度摩擦阻力，Pa ；
Rm ——按20℃的计算表或线解图查得的单位摩擦阻力，Pa ；
Kt ——摩擦阻力温度修正系数，如图5—3所示。

图5—3 摩擦阻力温度修正系数
钢板制的风管内壁粗糙度K 值一般为0．15mm 。

当实际使用的钢板制风管，其内壁粗糙度K 值与制图表数值有较大出入时，由计算图表查得的单位摩擦阻力Rm 值乘以表5—3中相应的粗糙度修正系数。

表中υ为风管内空气流速。

可
表5—4 常见管件局部阻力系数
下面通过分析几种常见管件产生局部阻力的原因，提出减
少局部阻力的办法。

1．三通
图5—4为一合流三通中气流的流动情况。

流速不同的1、2两股气流在汇合时发生碰撞，以及气流速度改变时形成涡流是产生局部阻力的原因。

三通局部阻力的大小与分支管中心夹角、三通断面形状、支管与总管的面积比和流量比(即流速比)有关。

图5—4 合流三通中气流流动状态
为了减少三通局部阻力，分支管中心夹角。

应该取得小一些，一般不超过30°。

只有在安装条件限制或为了平衡阻力的情况下，才用较大的夹角，但在任何情况下，都不宜做成垂直的“T”形三通。

为了避免出现引射现象，应尽可能使总管和分支管的气流速度相等，即按υ3＝υ1=υ2来确定总管和分支管的断面积。

这样，风管断面积的关系为：F3＝F1+F2。

2．弯头
当气流流过弯头时(见图5—5)，由于气流与管壁的冲击，产生了涡流区Ⅰ；又由于气流的惯
l1——从点A至点B的风管长度，m。

由式(5—11)可以看出，当风管内空气流速不变时，风管的阻力是由降低空气的静压来克服的。

[点C]
当空气排入大气时，这一能量便全部消失在大气中，称为风管出口动压损失。

[点B′]
空气由点B′流至点C需要克服摩擦阻力Rml2，所以：
(2)把以上各点的数值在图上标出，并连成直线，即可绘出压力分布图。

如图5—7所示。

风机产生的风压Hf等于风机进、出口的全压差，即
从风管压力分布图和计算结果可以给人们以下启示。

①风机产生的风压等于风管的阻力及出口动压损失之和，亦即等于系统阻力。

换句话说，系统的阻力是由风机产生的风压来克服的。

对于包括有管件、吸尘罩和除尘器的复杂系统，系统阻
力中还包括这些部件和设备的阻力。

②风机吸入段的全压和静压都是负值，风机压出段的全压和静压一般情况下均是正值。

因此，风管连接处不严密时，会有空气漏人和逸出。

前者影响吸尘效果，后者影响送风效果或造成粉尘外逸。