通风管道系统的设计计算讲解学习
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第8章 通风管道系统的设计计算
§8.1 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 8.1.2 风管内空气流动的阻力
§8.2 风管内的压力分布
8.2.1 动压、静压和全压 8.2.2 风管内空气压力的分布
§8.3 通风管道的设计计算
8.3.1 风道设计的内容及原则 8.3.2 风道设计的方法 8.3.3 风道设计的步骤
16
Ⅰ区——层流区。当Re＜2000时，不论管道粗糙度如何，其实验 结果都集中分布于直线Ⅰ上。这表明λ与相对糙度ε/r无关，只与
Re有关，且λ=64/Re。与相对粗糙度无关
Ⅱ区——过渡流区。2000≤Re≤4000，在此区间内，不同相对糙 度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验点几乎都集 中在线段Ⅱ上。λ随Re增大而增大，与相对糙度无明显关系。
g1z1 212p1g2z1 222p2
1、理想流体在各截面上所具有的总机械能相等，三种能量 可互为转换。
2、当流速为0时，有流体静力学方程
gz1
p1
Leabharlann Baidu
gz2
p2
3、当为水平管路时，公式的变形？
8.1 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
同一流体在同一管道中流动时，不同的流速，会形成不同的流动 状态。当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方 向作层状运动，称为层流(或滞流)。当流速较大时，流体质点的 运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱 流动，称为紊流(或湍流)。 （１）雷诺数－Re
连续性方程 (equation of continuity)
流体在如图所示的管道中:
• 作连续稳定流动;
• 从截面1-1流入，从截面2-2流出；
1 G1
2 G2
1´ 2´
假设：管道两截面之间无流体漏损。
G1＝G2
ρ1A1ν1＝2A2ν2
此关系可推广到管道的任一截面，即
ρAν＝常数 上式称为连续性方程式。
Ⅲ区——水力光滑管区。在此区段内，管内流动虽然都已处于紊
流状态(Re＞4000)，但在一定的雷诺数下，当层流边层的厚度δ
大于管道的绝对糙度ε（称为水力光滑管）时，其实验点均集中
是固体壁面对流体流动的阻碍作用，故沿程能量损失又与管道 长度、断面形状及大小、壁面粗糙度有关。其中壁面粗糙度的
影响通过λ值来反映。
➢ 1932～1933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为ε的砂粒均匀 粘贴于管壁。砂粒的直径ε就是管壁凸起的高度，称为绝对糙
度；绝对糙度ε与管道半径r的比值ε/r 称为相对糙度。
式中：平均流速v、管道直径d和流体的运动粘性系数
Re Vd
14
雷诺实验示意图
实验表明： Re ≤ 2000 层流（下临界雷诺数） Re＞4000 紊流（上临界雷诺数） 中间为过渡区 实际工程计算中，为简便起见，通常用Re=2300来判断管路
流动的流态 Re≤2300 层流， Re＞2300 紊流 15
若流体不可压缩，ρ＝常数，则上式可简化为
Aν＝常数
流体流速与管道的截面积成反比。
对于圆形管道，有
4d12 14d22 2
或
( ) 1
d2 2
2
d1
式中d1及d2分别为管道上截面1和截面2处的管内 径。不可压缩流体在管道中的流速与管道内径的平方
成反比。
根据能量守恒定律，得出连续稳态流动系统的总能 量衡算方程式如下：
空调送风系统
如图，在风机3的动力作用下，室外空气进入新风口1， 经进气处理设备2处理后达到 卫生标准或工艺要求后，由风 管4输送并分配到各送风口5 ，由风口送入室内。
室外大气
5 送风口
4 风管
1新风口
室内
3 风机 2 进气处理设备
6
通风管道系统的确定主要包括：
风管及其连接部件、风管形状和尺寸的确 定、风管内风流流动的能量损失的计算、 风机和电动机的确定。
尼古拉兹实验：通过人工粗糙管流实验，确定出沿程阻力系数 与雷诺数、相对粗糙度之间的关系，实验曲线被划分为5个区域， 即1．层流区 2．临界过渡区3．紊流光滑区4．紊流过渡区 5．紊流粗糙区（阻力平方区）。
➢ 实际流体在流动过程中，沿程能量损失一方面（内因）取决于
粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数Re来衡量；另一方面（外因）
1
§8.4 均匀送风管道设计计算
8.4.1 均匀送风管道的设计原理
8.4.2 均匀送风管道的计算
§8.5 通风管道设计中的常见问题及其处理措施
8.5.1 系统划分
8.5.2 风管的布置、选型及保温与防腐
8.5.3 进排风口布置
8.5.4 防爆及防火
§8.6 气力输送系统的管道设计计算
8.6.1 气力输送系统的分类和特点
8.6.2 气力输送系统设计计算
2
教学大纲
知识点：比摩阻、局部阻力系数的确定方法；均匀送 风管道的设计计算；通风管道内流动阻力的计算方法 和压力分布规律；风道设计；系统划分；风管的布置、 选择、保温与防腐；进、排风口布置；防爆及防火； 气力输送系统。 重点：通风管道内流动阻力的计算方法和压力分布规 律；比摩阻、均匀送风管道的设计计算；系统划分； 风管的布置、选择。 难点：通风管道内流动阻力的计算方法和压力分布规 律；局部阻力系数的确定；气力输送系统。
U 1 g1 Z 1 21 2 p 1 1 Q e W e U 2 g2 Z 1 22 2 p 2 2
即:对于连续稳态流动系统,输入该系统的总能量等 于输出该系统的总能量。
理想流体柏努利方程的物理意义
g1z1 212p1g2z1 222p2
gz为单位质量流体所具有的位能； p/ρ为单位质量流体所具有的静压能； u2/2为单位质量流体所具有的动能。
3
8.0 概 述
➢ 定义：通风管道是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、有害气体，直接排送 到室外或经净化处理后排送到室外的管道。 ➢ 分类：包括通风除尘管道、空调管道等。 ➢ 作用：把通风进风口、空气的热、湿及净化处理设备、送(排)风 口、部件和风机连成一个整体，使之有效运转。 ➢ 设计内容：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。 ➢ 设计目标：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优。 4
§8.1 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 8.1.2 风管内空气流动的阻力
§8.2 风管内的压力分布
8.2.1 动压、静压和全压 8.2.2 风管内空气压力的分布
§8.3 通风管道的设计计算
8.3.1 风道设计的内容及原则 8.3.2 风道设计的方法 8.3.3 风道设计的步骤
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Ⅰ区——层流区。当Re＜2000时，不论管道粗糙度如何，其实验 结果都集中分布于直线Ⅰ上。这表明λ与相对糙度ε/r无关，只与
Re有关，且λ=64/Re。与相对粗糙度无关
Ⅱ区——过渡流区。2000≤Re≤4000，在此区间内，不同相对糙 度的管内流体的流态由层流转变为紊流。所有的实验点几乎都集 中在线段Ⅱ上。λ随Re增大而增大，与相对糙度无明显关系。
g1z1 212p1g2z1 222p2
1、理想流体在各截面上所具有的总机械能相等，三种能量 可互为转换。
2、当流速为0时，有流体静力学方程
gz1
p1
Leabharlann Baidu
gz2
p2
3、当为水平管路时，公式的变形？
8.1 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
同一流体在同一管道中流动时，不同的流速，会形成不同的流动 状态。当流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方 向作层状运动，称为层流(或滞流)。当流速较大时，流体质点的 运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱 流动，称为紊流(或湍流)。 （１）雷诺数－Re
连续性方程 (equation of continuity)
流体在如图所示的管道中:
• 作连续稳定流动;
• 从截面1-1流入，从截面2-2流出；
1 G1
2 G2
1´ 2´
假设：管道两截面之间无流体漏损。
G1＝G2
ρ1A1ν1＝2A2ν2
此关系可推广到管道的任一截面，即
ρAν＝常数 上式称为连续性方程式。
Ⅲ区——水力光滑管区。在此区段内，管内流动虽然都已处于紊
流状态(Re＞4000)，但在一定的雷诺数下，当层流边层的厚度δ
大于管道的绝对糙度ε（称为水力光滑管）时，其实验点均集中
是固体壁面对流体流动的阻碍作用，故沿程能量损失又与管道 长度、断面形状及大小、壁面粗糙度有关。其中壁面粗糙度的
影响通过λ值来反映。
➢ 1932～1933年间，尼古拉兹把经过筛分、粒径为ε的砂粒均匀 粘贴于管壁。砂粒的直径ε就是管壁凸起的高度，称为绝对糙
度；绝对糙度ε与管道半径r的比值ε/r 称为相对糙度。
式中：平均流速v、管道直径d和流体的运动粘性系数
Re Vd
14
雷诺实验示意图
实验表明： Re ≤ 2000 层流（下临界雷诺数） Re＞4000 紊流（上临界雷诺数） 中间为过渡区 实际工程计算中，为简便起见，通常用Re=2300来判断管路
流动的流态 Re≤2300 层流， Re＞2300 紊流 15
若流体不可压缩，ρ＝常数，则上式可简化为
Aν＝常数
流体流速与管道的截面积成反比。
对于圆形管道，有
4d12 14d22 2
或
( ) 1
d2 2
2
d1
式中d1及d2分别为管道上截面1和截面2处的管内 径。不可压缩流体在管道中的流速与管道内径的平方
成反比。
根据能量守恒定律，得出连续稳态流动系统的总能 量衡算方程式如下：
空调送风系统
如图，在风机3的动力作用下，室外空气进入新风口1， 经进气处理设备2处理后达到 卫生标准或工艺要求后，由风 管4输送并分配到各送风口5 ，由风口送入室内。
室外大气
5 送风口
4 风管
1新风口
室内
3 风机 2 进气处理设备
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通风管道系统的确定主要包括：
风管及其连接部件、风管形状和尺寸的确 定、风管内风流流动的能量损失的计算、 风机和电动机的确定。
尼古拉兹实验：通过人工粗糙管流实验，确定出沿程阻力系数 与雷诺数、相对粗糙度之间的关系，实验曲线被划分为5个区域， 即1．层流区 2．临界过渡区3．紊流光滑区4．紊流过渡区 5．紊流粗糙区（阻力平方区）。
➢ 实际流体在流动过程中，沿程能量损失一方面（内因）取决于
粘滞力和惯性力的比值，用雷诺数Re来衡量；另一方面（外因）
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§8.4 均匀送风管道设计计算
8.4.1 均匀送风管道的设计原理
8.4.2 均匀送风管道的计算
§8.5 通风管道设计中的常见问题及其处理措施
8.5.1 系统划分
8.5.2 风管的布置、选型及保温与防腐
8.5.3 进排风口布置
8.5.4 防爆及防火
§8.6 气力输送系统的管道设计计算
8.6.1 气力输送系统的分类和特点
8.6.2 气力输送系统设计计算
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教学大纲
知识点：比摩阻、局部阻力系数的确定方法；均匀送 风管道的设计计算；通风管道内流动阻力的计算方法 和压力分布规律；风道设计；系统划分；风管的布置、 选择、保温与防腐；进、排风口布置；防爆及防火； 气力输送系统。 重点：通风管道内流动阻力的计算方法和压力分布规 律；比摩阻、均匀送风管道的设计计算；系统划分； 风管的布置、选择。 难点：通风管道内流动阻力的计算方法和压力分布规 律；局部阻力系数的确定；气力输送系统。
U 1 g1 Z 1 21 2 p 1 1 Q e W e U 2 g2 Z 1 22 2 p 2 2
即:对于连续稳态流动系统,输入该系统的总能量等 于输出该系统的总能量。
理想流体柏努利方程的物理意义
g1z1 212p1g2z1 222p2
gz为单位质量流体所具有的位能； p/ρ为单位质量流体所具有的静压能； u2/2为单位质量流体所具有的动能。
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8.0 概 述
➢ 定义：通风管道是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、有害气体，直接排送 到室外或经净化处理后排送到室外的管道。 ➢ 分类：包括通风除尘管道、空调管道等。 ➢ 作用：把通风进风口、空气的热、湿及净化处理设备、送(排)风 口、部件和风机连成一个整体，使之有效运转。 ➢ 设计内容：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。 ➢ 设计目标：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优。 4