通风管道的设计计算

（2）流量当量直径:
设某一圆型风管中的空气流量与矩形风管的空气流量 相等，并且单位长度的摩擦阻力也相等，则该圆型风管的
直径就称为此矩形风管的流量当量直径，以 D L表示。
DL
1.3
ab0.625 ab 0.25
注意：
或
a3b3 DL 1.275 ab
查用表图时必须对应使用流量和流量当量直径或流速
K r ——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。
4、 矩形风管的摩擦阻力计算
当量直径：与矩形风管有相同单位长度摩擦阻力的原型风 管的直径。
（1）流速当量直径:
vA
A
vA = vB RmA=RmB
vB
水力半径由必须Pm相等41Rs
（1）皮托管
（2）Ｕ形压力计 Ｕ形压力计（也称为Ｕ形水柱计），
有垂直和倾斜两种类型，它们都是 由一内径相同、装有蒸馏水或酒精 的Ｕ形玻璃管与刻度尺所构成它的 测压原理是：Ｕ形管两侧液面承受 相同压力时，液面处于同一水平； 当两侧液面压力不同时，压力大的 一侧液面下降，另一侧液面上升， 从中间的标尺即可读出压差。
解：矩形风管内空气流速 v 1 5m/s 0.50.4
矩形风管的流速当量直径 D va 2 abb25 50 0 4 04 000 00 44 m4
根据流速和直径，查附录9，得 Rm00.6P 2 a /m
粗糙度修正系数 K r K 0 .2v 53 5 0 .2 51 .96
R m K r R m 0 1 .9 0 6 .6 1 2 .2 P 2 /m a
Kt2277332t
00.825
KBB10 .30 1 .9
B ——实际的大气压力，kPa。
也可以通过查图确定修正系数。
例6-1 兰州市某厂有一通风系统，风管用薄钢板制作。 已知风量L=1500m3/h（0.417m3/s），管内空气流 速 v12m/s，空气温度t=100℃。求风管的管径和单位 长度摩擦阻力。
（3）单管倾斜压力计
为了提高测量精度，可 采用倾斜Ｕ形压力计。设倾斜Ｕ形压
力计的倾斜角度为α，两侧液面差为L (mm)，则所测压力差为H
（mmH2O），即所测压力P（Pa）为：
P=ρgH =ρgLsinα
式中 ρ——Ｕ形管中液体的密度（kg/m3）；
P——所测压力，Pa；
g——重力加速度，m/s2。
4．热式风速仪
包括热球风速仪、热线风速仪等，其原理是通过热敏
感元件因风速变化引起其温度变化而使其电性参数改变，
从而实现对风速的测定。
第二节 风管内风流的阻力
摩擦阻力
由于空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的 沿程能量损失，称为摩擦阻力或沿程阻力。
局部阻力
空气流经风管中的管件及设备时，由于流速的大小和 方向变化以及产生涡流造成比较集中的能量损失，称为局 部阻力。
v1、v2 —1、 2断面上的平均流 m/速 s ， S1、S2 —1、 2断面上的断面m2积，
任一过流断面的质量流量为Mi（kg/s），则
Mi=const
四、风管内风流运动的能量方程
能量方程是能量守恒原理在气体流动中的具体表现形 式和数学表达式。流体运动所具有的能量包括内能U和机 械能E，而机械能包括流体的静压能P，动压能ρv2/2和位 势能Zρg，即
值与Pd值的相对大小。
相对全压 ：Pq
Pq Pd Pj
4、风流压力的测定
风流压力测定
二、风管内风流的流速
由于流体具有粘性，在管道内流动时产生内摩擦， 使得同一断面上各点的流速各不相等。
平均流速：根据流量相等原则所确定的均匀流速， 称为断面平均流速。
工程上所指的管道流速就是这个断面的平均流速。 一般所说的断面动压或全压，指平均风速所对应的 动压或全压。
动压是单位体积风流运动所具有的动能。它恒为正且
具有方向性，它的方向就是风流运动的方向。
单位体积空气的质量为ρ（kg/m3），风流速度为
υ(m/s)，则根据动能公式即得风流动压Pd(Pa)计算式为：
Pd =ρυ2/ 2
3．全压
全压Pq等于静压Pj与动压Pd之和，即
Pq= Pj + Pd
静压Pj以相对压力表示时，若静压为正，则全压总为正； 若静压为负，则全压可能为正，也可能为负，取决于| |
Z v2
2
—局部阻力系数。
在通风除尘管网中, 连接部件很多, 因此局部阻 力较大, 为了减少系统运行的能耗, 在设计管网系统 时, 应尽可能降低管网的局部阻力.
局部阻力系数举例
合流三通
支管局部阻力系数 直管局部阻力系数
2）减小局部阻力的措施
在常用的通风系统总流动阻力中，局部阻力占主要 比例 1.弯头
Rm
D
v2
2
2.摩擦阻力系数
与空气在风管内流动状态和风管管壁的粗糙度有关。
流动状态：
Re
vd
管壁的粗糙度： 绝对粗糙度：K 相对粗糙度:K/d
λ摩阻系数的确定：
1、层流区Re＜2000
64 Re
2、临界区Re=2000-4000 0.00235Re
0.25
3、紊流区Re＞4000
0.1
1
五、空气压力的测定
通风工程中空气压力测定包括：空气绝对压力测定和空气 相对压力测定。
1．空气绝对压力的测定 绝对压力的测定，通常使用水银气压计和空盒气压计。
（1）水银气压计 （2）空盒气压计
2．相对压力的测定 相对压力的测定，常用的有Ｕ形压力计、单管倾斜压力计和补
偿微压计。它们都须与皮托管配合来测量风流的静压、动压和全 压。
对于绝热过程q=0；对于等温过程内能不变U1=U2。则不 可压缩流体绝热、等温的稳定流动过程的能量方程为
P 1Z1g2 v1 2P 2Z2g2 v2 2
1-1断面与2-2断面之间若有风机（通风机的全压 为H）存在时：
P 1 Z 1g2 v 1 2 H P 2 Z 2g2 v2 2 h 12
通风管道的设计计算
第六章：通风除尘管网设计计算
通风管道计算有两个基本的任务： 一是确定管道的阻力, 以确定通风除尘系统
所需的风机性能; 二是确定管道的尺寸(直径)，管道设计的合
理与否直接影响系统的投资费用和运行费用。
不同标高的大气，其静压也不同。随着高度的升高，
静压降低，反之亦然。如果空气是不可压缩的，
件不相符时，应进行修正。 熟悉附录9 通风管道单位长度摩擦阻力线算图。
确定比摩阻的方法：
（1）线算图（P243）
L
图的多种用法：
L
由L、D求Rm
由L、Rm求D
由L、v求D、Rm
v D
Rm
（2）计算表格
修正：
实际使用条件与上述条件不相符时，应进行修正。
1、 密度和粘度的修正
R m R m 0
例题
表面光滑的风管 （K=0.15mm），断面尺 寸500×400mm，流量 =1m3/s，求比摩阻
v 1 5m/s 0.50.4
Dv
2 ab ab
2 500 400 500 400
444 mm
粗糙度修正系数
Kr Kv0.25350.251.96
Rm1.960.621.22Pa /m
查图得Rm=0.61Pa/m
1 v1
Z1 1
2 v2
2 Z2
通风工程中。常采用相对压力表示风流的压力，而不
测定和计算绝对压力。
对于水平管道：
P12v12 P22v22h12
对于垂直或倾斜管道：
P 12 v 1 2Z 1g P 22 v2 2Z 2g h 12
应用：阻力测定、通风机压力测定、分析通风管道 的压力分布情况
/ / 0 .91 0 .1
0
0
式中，R m ——实际的单位长度摩擦阻力，Pa/m；
R m 0——图上查出的单位长度摩擦阻力， Pa/m；
——实际的空气密度，kg/m3； v——实际的空气运动粘度，m2/s。
2、 空气温度和大气压力的修正
RmKtKBRm0
K t ——温度修正系数；
K B ——大气压力修正系数。
（4）补偿式微压计
六、风速测定
1．空气示踪法 空气示踪法是把有色烟雾（称为示踪气体）释放于运动的
空气中，根据示踪气体在一定时间t内的距离L，即可计算 出风速大小v为：
v=L/t
常用的示踪气体有氯化铵（NH4Cl），六氟化硫（SF6）等。 SF6比较稳定，适用于通风模拟试验。
2、机械风表与电子风表
EPZgv2
2
由于与外界发生热交换及对外界做功，其能量就 要发生变化，根据热力学第一定律即有
( U 1 E 1 ) ( U 2 E 2 ) q h
式中 U1、U2——分别为断面1、2流体的内能； E1、E2——分别为断面l、2流体的机械能； q——流体与外界交换的热量； h——流体对外界所做的功。
68
Re
Kd
12lgR2e.513.K 7d
Rm
D
v2
2
12lg3.K 7DR2.5e1
制成线解图或计算表，则已知流量、管径、流速、阻力四个参 量中的两个，即可求得其余两个参量。
线解图是按过渡区的λ值，在压力B0=101.3kPa、温度t0=20℃、空 气密度ρ0=1.204kg/m3、运动粘度v0=15.06×10－6 m2/s、管壁粗糙度 K=0.15mm、圆形风管等条件下得出的。当实际使用条件下上述条
三、风管内风流流动的连续性方程
在风管中流动的风流是连续不断的介质，充满它流经 的空间，根据质量守恒定律，流入空间的流体质量等于流 出其空间的流体质量。
当空气从风管的1断面流向2断面，且做定常流动时 （即在流动中不漏风又无补给），则两个过流断面的空气 质量流量相等，即