空调系统的风道设计、压力分布和计算

三通有两个支管，所以有两个局部阻力系数， 除特别注明对应各自的动压头外，一般都对应 总压头。
弯头内空气的流动 渐扩管内空气的流 合流三通内空气的流
状态
动状态
动
三、风道内空气流动阻力 风道内空气流动阻力，等于摩擦阻力和局部
阻力总和，即：
P ( P m Z ) ( lR m Z )
l 4Rs
v2
2
式中:λ-摩擦阻力系数
Rs-风道水力半径，m; l-风道长度，m;
v-风道内空气平均流速，m/s;
ρ-空气密度，kg/m3.
(一）摩擦阻力系数λ的确定
对于层流，λ只与Re数有关；对于紊流，λ与 Re数及壁面粗糙度都有关。根据实验研究结果， 通常按流态、分区域给出不同的计算λ公式。
2.变径管
空气流经变径管时，由于过流断面的变化而引 起流速变化，在减速增压区产生边界层脱离并 形成旋涡，造成局部阻力损失。过流断面变化 愈大，损失也愈大，要想减小阻力损失，就必 须减小过流断面的变化，可以用渐变管来代替 突然扩大和突然缩小管。
3. 三通
三通形状是由总流与支流的夹角α及其面积比 F1/F3，F2/F3这几个几何参数确定的。但三通 的特征是它的流量前后有变化，因此，三通局 部阻力系数不仅与几何形状有关，而且与流量 比L1/L3，L2/L3有关。
若按水力粗糙管推导，得到：
DL
=1.265
a3b3 ab
0.2
若按水力光滑管推导，得到：
DL=1.31(aa3bb)31.25
0.21
在运用当量直径时，有两点需要注意。
第一，当量直径概念用于紊流流动是合适的， 用于层流则会产生较大误差。条缝行风道运用 当量直径时也会产生较大误差。
第二，在利用线算图查摩擦阻力时，一定要注 意对应关系。如采用Dv时，必须用矩形风道中 流速去查，如采用Dl时，必须用矩形风道中流 量去查。但是，无论用哪种当量直径去查，其 单位长度摩擦阻力Rm都是相等的。
摩擦阻力主要发生在流动边界层内。空气在风 道内流动时，由于边壁上流体质点无滑动，故 而从边壁开始形成一个边界层。边界层内存在 较大的流速梯度，所以在流体流动时，就产生 了阻碍流体流动的内摩擦力。
空气在风道中的流动阻力，通常以单位体积流 体的能量损失ΔP表示。
摩擦阻力Δpm的数学表达式为:
pm
由v=5m/s，Dv=0.44m,以及K=0.15mm,从图7-2查得 Rm=0.9Pa/m
二、局部阻力
在风道系统中，总要安装一些管件用以控制或 调节风道内空气的流动。比较典型的管件有： 弯头，三通及变径管。当空气流经管件时，由 于流量大小和流动方向的改变，引起了流速的 重新分布并产生涡流。由此产生的阻力，称为 局部阻力。
（二）风道的水力半径和矩形风道当量直径的计 算
水力半径Rs：过流断面A与湿周P之比。
Rs
A P
定义
定义式
1.流速当量直径
设定某一圆形风道中的空气流速与矩形风道中 的流速相等，并且单位长度摩擦阻力也相等， 则该圆形风道直径就称为此矩形风道的流速当 量直径。用Dv表示。
根据定义，有下式成立：
2 2
空调系统的风道设计、压力分布和计算
第一节 风道内空气流动阻力； 第二节 风道内的压力分布； 第三节 风道的水力计算； 第四节 均匀送风管道的设计计算；
第一节 风道内空气流动阻力
空气粘性及风道内 流体的相对运动
内摩擦力 次要地位
空气流动惯性及风 道边壁扰动
局部阻力
主要地位
空气流动阻力
一、摩擦阻力
一、仅有摩擦阻力的风道内压力分布线的绘制：
1
2 2′
3
v
v
l1-2
l2′-3
pd pq2′ pj2′
pq2 pj2
pd
0 大气压力线
0
断面1：
p d1
pq1v120大气压 2
（三）摩擦阻力的温度修正
空气密度ρ，运动粘性系数v都与温度有关， 故而摩擦阻力与温度有关。计算摩擦阻力的线 算图，通常是按20℃制作的，所以对于其他温 度条件，需要进行温度校正。
（四）单位长度摩擦阻力线算图
为了避免繁琐计算，常将单位长度摩擦阻力Rm 制成线算图。制作该图的条件是：圆风道，空 气温度20℃，按照紊流过渡区公式计算。
式中的单位长度摩擦阻力可查线解图，局部 阻力系数可查附录7-1。
第二节 风道内的压力分布
风道内的压力是指风道内空气所具有的全压。全压包 括动压和静压两部分。即：
pq pd pj
式中pq,pd和pj分别为全压、动压和静压。空气在流动 过程中要损失能量，所以风道内的空气总是从全压高 的地方流向全压低的地方，即全压随着流动过程在变 化。同时，当风道的过流断面或流量发生变化时，会 引起动压和静压之间的相互转化。因此在整个风道系 统中，形成了压力分布。
P219 例7-1
有一薄钢板风道断面尺寸为500mm×400mm， 风量L=3600m3/h,求单位长度摩擦阻力Rm.粗糙 度K=0.15mm.
解 矩形风道内空气流速为：
v L 3600 5m /s 3600F36000.50.4
矩形风道的流速当量直径Dv：
D va 2 ab b20 .0 5. 5 0.0 4 .40.44m
局部阻力按下式计算：
Z 2
2
式中，ξ—局部阻力系数。
v—ξ与之对应的断面流速。
影响局部阻力系数ξ的主要因素有:管件形 状，壁面粗糙度及雷诺数。由于通风空调系
统的空气流动大都处于非层流区，故可认为
ξ仅仅和管件形状有关。
1.弯头
空气流经弯头时，流向发生变化。由于气流惯 性，则在边壁的尖角处发生边界层脱离而形成 涡流，同时因离心力作用，外侧力大于内侧， 外侧流速小于内侧，在外侧的减速增压区内也 会发生边界层脱离形成旋涡。可见，要减小弯 头的局部阻力，就必须设法减小形成旋涡的原 因。为此，可采取加大曲率半径以减小曲率， 也可在弯头内加设导流叶片。
Rm4Rs
2 圆 形=4Rs
2
矩 形
又因为λ,v及ρ均相等
Rs圆形=Rs矩形
根据定义：
Rs圆形=
PA圆形=π π 4DD2
=D 4
Rs矩形=PA矩形=2(aabb)
故有：
D
2ab ab
2.流量当量直径
设定某一圆形风道中空气流量与矩形风量中流 量相等，并且单位长度摩擦阻力也相等，则该 圆风道直径就称为此矩形风道的流量当量直径， 用DL表示。