工业通风 通风管道的设计计算

《工业通风》
第六章 通风管道的设计计算
如何查询局部阻力系数？
• 例1 有一合流三通，如图所示，已知
L1＝1.17m3/s(4200m3/h)，D1＝500mm，v1＝5.96m/s L2＝0.78m3/s(2800m3/h)，D2＝250mm，v2＝15.9m/s L3＝1.94m3/s(7000m3/h)，D3＝560mm，v3＝7.9m/s 分支管中心夹角α＝30°。求此三通的局部阻力。
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第六章 通风管道的设计计算
(3)三通汇流要防止出现引射现象。分支管道中心线夹角 要尽可能小。一般要求不大于30°。
(4)降低管道进口和排风口的流速
气流进入风管时，由于产生气流与管道内壁分离和涡 流现象造成局部阻力，对于不同的进口形式，局部阻 力相差较大。
气流从风管口排出时，其在排出前所具有的能量全部 损失。当出口处无阻挡时，此能量损失等于出口动压， 当有阻挡(风帽、网格、百叶)时，能量损失将大于出 口动压，就是说ζ >1。
式中 Δ—风管内壁凸起的高度，mm。 柯式公式不仅适用于紊流过渡区，而且也适用于紊流光滑
管区和紊流粗糙管区。 为了避免繁琐的计算，可根据式(1)和式(2)制成各种表或线
解图，教材附录9(P243)就是一种线解图，可用于计算管道通风 阻力。
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教材P243 通 风 管 道 单 位 长 度 摩 擦 阻 力 线 算 图
第六章 通风管道的设计计算
流速
管径
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第六章 通风管道的设计计算
• 附录6所示的线解图，可供计算管道阻力时使用。 只要已知流量、管径、流速、比摩阻四个参数中
的任意两个，即可利用该图求得其余的两个参数。
注意：
线算图是按过渡区的λ值，在以下条件得到的：
压力：B0 101.3kPa 温度： 空气密度：0 1.204 kg运m动3粘度：
根据教材表6-4(P159)，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风 管内最小风速为：垂直风管12m/s、水平风管14m/s。
考虑到除尘器及风管漏风，取5％的漏风系数，管段6及7 的计算风量为6300×1.05＝6615m3/h。
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第六章 通风管道的设计计算
管段1
有水平风管，根据L1=1500m3/h(0.42m3/s)、v1＝14m/s，求 出管径为：
一.何为通风管道的水力计算
• 通风管道的水力计算是在系统和设备布置、风管 材料、各送排风点的位置和风量均已确定的基础 上，确定各管段的管径(或断面尺寸)和阻力，保 证系统内达到要求的风量分配，最后确定风机的
型号和动力消耗。
• 通风管道的水力计算最常用的方法是假定流速 法。
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第六章 通风管道的设计计算
•当空气流过断面变化的管件(如各种变径管、风管进 出口、阀门)、流向变化的管件（弯头）和流量变化 的管件(如三通、四通、风管的侧面送、排风门)都会 产生局部阻力。
Z v2
2
ζ由实验测定，并整理成经验公 式，见附录10（P244）
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• 突然扩大
第六章 通风管道的设计计算
• 突然缩小
S2 S1
12
1
S1 S2
2
• 渐扩管
• 渐缩管
附录10 教材P244
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第六章 通风管道的设计计算
•伞形罩
圆形弯头
矩形弯头
附录10 教材P244
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•合流三通
v3F3
第六章 通风管道的设计计算 v3F3
F1+F2=F3 α=30°
F1+F2>F3 F1=F3 α=30°
附录10 教材P244~249
Rm称 为 圆 形 风 管 单 位 长 度的 摩 擦 阻 力 ， 又 称 比 摩阻 ，
单位Pa / m。
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第六章 通风管道的设计计算
摩擦阻力系数λ与管内的流态Re和风管管壁的粗糙度Δ/D有 关，λ＝f(Re,Δ/D)。
通风工程中常用柯列布鲁克(Colebrook)公式计算摩擦阻力 系数，柯式公式为
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第六章 通风管道的设计计算
1.流速当量直径DV 两管的流速和比摩阻都相等
圆形风管的水力半径Rs
f P
D 22
D
D 4
矩形风管的水力半径Rs
f P
ab
2a
b
令Rs
Rs，则D
2ab ab
DV
2.流量当量直径DL 两管的流量和比摩阻都相等
ab 0.625 DL 1.3 a b 0.25
矿渣石膏板 矿渣混凝土板
v —管内空气流速。
胶合板
0.01～0.05 1.0 1.5 1.0
砖砌体
3～6
混凝土
1～3
wk.baidu.com木板
0.2～1.0
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第六章 通风管道的设计计算
例：有一通风系统，采用薄钢板圆形风管(K＝0.15mm)，已 知风量L＝3600m3/h(1m3/s)。管径D＝300mm，空气温度t＝30℃， 求风管管内空气流速和单位长度摩擦阻力。
第六章 通风管道的设计计算
2、空气温度和大气压力修正
Rm K t K B Rm0
Kt
273 20 0.825
273 t
K B B 101.30.9
K
为
t
温
度
修
正
系
数
；
K
为
B
大
气
压
力
修
正
系
数
；
为 实 际 的 空 气 密 度 ；
B为 实 际 的 大 气 压 力，kPa。
Kt 和 KB 也可直接由图查得。
为了降低出口动压损失，
有时把出口制作成扩散角
较小的渐扩管，ζ＜1。
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第二节 风管内的压力分布
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单位体积流量的能量方程
hR1-2
P1
P2
v12 2
v22 2
ρm
gρm
Z1 Z2
Ht
也 即，
hR1-2 P1 P2 hv1 hv2 gρm Z1 Z2 Ht
除
l=5m B
尘 器
A
5
4
l=4m
l=6m
6 l=4m
风机
1500m3/h
4000m3/h
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第六章 通风管道的设计计算
1、对各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的排风 量。
2、选定最不利环路，本系统选择 l—3—5—除尘器－6—风机－7为最不利环路。
3、根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上 各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。
D1
L
4
v1
0.42 4 3.1414
0.195
m=195mm
所选管径按通风管道统一规格调整为：
D1＝200mm；实际流速v1＝13m/s； 由附录6的图得，Rm1＝12.5Pa/m。 同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，具体结果见 下表。
4、确定管段2、4的管径及单位长度摩擦阻力，见下表。
Z2
2
v22
2
2.715.92 1.2 2
409.6
Pa
直管的局部阻力
Z1
1
v12
2
0.73 5.962 1.2 2
15.6
Pa
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例2
线性插值法
• 已知L2/L3＝0.2，F2/F3＝0.25
F1＋F2＝F3， α＝30°
0.2
0.2
• 查ζ1和ζ2
0.2 0.05
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第六章 通风管道的设计计算
第6章
通风管道的设计计算
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第六章 通风管道的设计计算
本章内容提要及重点
§1 水力计算基础 §2 通风管路水力计算
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第六章 通风管道的设计计算
第一节 水力计算基础
本节重点： 摩擦阻力与局部阻力的概念 比摩阻的概念与线算图的使用 局部阻力系数的查询
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实例 如图示的通风系统。风管用钢板制作，输送含有轻矿物粉尘的空 气，气体温度为常温。该系统采用脉冲喷吹清灰袋式除尘器，除 尘器阻力ΔPc＝1200Pa。对该系统进行水力计算，并选择风机。
圆形伞形罩 α =600
2
800m3/h
l=6m
7
l=8m
1 l=11m
3
二.假定流速法的计算步骤
1. 绘制通风或空调系统轴测图，对各管段进行编号， 标注长度和风量；具体
2. 选定最不利环路； 3. 确定合理的空气流速；具体 4. 根据风量和流速确定管段的断面尺寸，计算最不
利环路的摩擦阻力和局部阻力； 5. 并联管路的阻力平衡；具体 6. 计算系统的总阻力； 7. 选择风机。具体
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3、管壁粗糙度的修正
第六章 通风管道的设计计算
当风管管壁的粗糙度Δ≠0.15mm时，可按下式修正。
Rm K r Rm0
Kr Kv 0.25
各种材料的粗糙度K
风管材料
粗糙度/mm
薄钢板或镀锌薄钢板 0.15～0.18
Kr — 管 壁 粗 糙 度 修 正 系 数 ； 塑料板
K —管壁粗糙度；
解决的办法：
尽可能做到各分支管内流速相等 ，防止出现引射现象。
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减小局部阻力的措施
(1)避免风管断面的突然变化 用渐缩或渐扩管代替突然缩小或突然扩大。
(2)减少风管的转弯数量，尽可能增大转弯半径。
圆形风管弯头的曲率半径一般大于(1～2)倍管径；矩形风 管弯头断面的长宽比（B/A）愈大，阻力愈小。采用矩形 直角弯头，应在其中设导流片。
对于无压源的水平管道，以管道轴线为基准面，则有
hR1-2 P1 P2 hv1 hv2
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压力坡度图
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1
2 3 45
6
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7
8
9
P0
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第三节 通风管路水力计算
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注意：
• 利用当量直径求矩形风管阻力时，要注意 其对应关系：
– 采用流速当量直径时，必须用流速去查比摩阻 – 采用流量当量直径时，必须用流量去查比摩阻
DV v Rm DL L Rm
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三.局部阻力
• 当风流的方向和断面大小发生变化或通过管件设备时， 由于在边界急剧改变的区域出现旋涡区和流速的重新 分布而产生的阻力称为局部阻力。
解：查图，得v＝14.2m/s，Rm0＝7.7Pa/m。 查图6-2得，Kt＝0.97。 Rm＝KtRm0＝0.97×7.7＝7.47Pa/m
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二、矩形风管的摩擦阻力
• 附录6是按圆形管道得出的，对于矩形管道需先 把矩形断面折算成当量直径。
• 所谓当量直径，是指与矩形风管有相同单位长度 摩擦阻力的圆形风管的直径，分流速当量直径和 流量当量直径。
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管道水力计算汇总表
管
流量
长度/m
管径 /mm
m3/h m3/s
流速 /m·s-1
动压/Pa
局部 阻力 系数
局部 比摩阻 摩擦
管道
阻力/Pa /Pa·m-1 阻力/Pa 阻力/Pa
0.2 0.06
ζ1=0.24， ζ2=-0.25
0.25 -0.25
0.33 -0.72
0.25 0.24
0.33 0.52
思考
• 已知L2/L3＝0.347， • F2/F3＝0.34
F1＋F2＝F3， α＝30° • 如何查ζ1和ζ2？
0.3 0.347 0.4
0.33 0.32 0.203 0.07
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解：按附录7(P245)列出的条件，计算下列各值
L2/L3＝0.78/1.94＝0.4 F2/F3＝(D2/D3)2＝(250/560)2＝0.2 经计算 F1＋F2≈F3 根据F1＋F2＝F3及L2/L3＝0.4、F2/F3＝0.2查得 支管局部阻力系数 ζ2＝2.7 直管局部阻力系数 ζ1＝－0.73 支管的局部阻力
0.34
0.248
0.5 1.09 0.982 0.86
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为什么局部阻力系数会出现负值？
• 两股气流在汇合过程中的能量损失一般是不相同的， 它们的局部阻力应分别计算，对应有两个阻力系数。 当合流三通内直管的气流速度大于支管的气流速 度时，直管会引射支管气流，即流速大的直管气流失 去能量，流速小的支管气流得到能量，因而支管的局 部阻力有时出现负值。这称为引射现象。
圆形管壁粗糙度：K 0.15mm
t0 20C
0 15.06 106 m 2 s
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1、密度和粘度修正
Rm
Rm0
0
0.91
v
0
0.1
Pa/m
Rm为 实 际 的 比 摩 阻；
Rm
图
0
上
查
出
的
比
摩
阻；
、为 实 际 的 空 气 动 力 粘 度。
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一、摩擦阻力
第六章 通风管道的设计计算
摩擦阻力或沿程阻力是风管内空气流动时，由于空气本身的
粘性及其与管壁间的摩擦而引起的沿程能量损失。
• 空气在横断面形状不变的管道内流动时的摩擦阻力按下式
计算：
Pm
l 4Rs
v 2
2
Rs
f P
对圆形风管：Pm
l D
v 2
2
P Rm l
v 2
Rm D 2