第二章 空气流动基本理论 2

数有关，还与管壁粗糙 K 有关。粗糙度增大时摩 擦阻力系数和摩擦阻力也增大。
•
在通风和空调工程中使用各种材料制作风管， 这些材料的粗糙度各不相同，其具体数值在表列 出。
• （2）空气温度对
•
摩擦阻力的影响 随着温度的变化， 空气的密度ρ、 运动粘度ν以及 单位长度摩擦阻 力Rm都会发生变化。 这时按20º C作成 的线解图或计算 表算出的摩擦阻 力，可用下式进 行修正：
第二节 风管内的压力分布
空气在风管中流动时，由于风管阻力和流速变 化，空气的压力是不断变化的。研究风管内空气压 力的分布规律，有助于我们更好地解决通风和空调 系统的设计划和运行管理问题。 设有图2—15所示的通风系统，空气进出口都有 局部阻力。现在分析这个系统中风管内的压力分布 情况。
• 只要算出各点（断面）的全压值、静压值和动压
对于三通应注意以下问题和措 施： 1.三通的作用是使气流分 流或合流。 一合流三通中流体运动的 情况。流速不同的1、2两股气 流在汇合时将会发生碰撞，以 及气流速改变时形成涡流是造 成局部阻力的原因。断面1、2 两股气流汇合过程中的能量损 失一般是不相同的。两股气流 的局部阻力应分别计算，即直 管和支管的局部阻力要分别计 算。
值，把它们标出后逐点连接起来，就可以写出风 管内压力分布图。
• 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、 吸风口）都会产生局部阻力。 局部阻力按下式计算：
•
PZ
2
2


2S
2
Q2
式中:ξ—局部阻力系数
• • •
局部阻力系数还不能从理论上进行计算，因此， 局部阻力系数一般是用实验方法确定的。 实验时先测出管件前后的全压差（即测得局部阻 力），再除以与速度υ相应的动压 ρυ2 /2，便求 得局部阻力系数ξ值。有的还整理成经验公式。 在附录5中列出了常见管件的局部阻力系数，用 来计算局部阻力时，必须注意该ξ值对应于哪一个 断面的气流速度。
• 直管的局部阻力：
PZ1 1
1
2
5.962 1.2 0.73 15.56 2 2
此三通局部阻力
P PZ1 PZ 2 409.55 15.56 393.99
• 为了减小三通阻力（包括消除合流时可能
产生的引射作用），如果使两个支管与总 管的气流速度相等是非常有利的，即： υ1=υ2=υ3，这时两支管与总管断面积之 间的关系为：S1+S2=S3
2.合流三通内直管的气 流速度大于支管的气流速 度时，会发生直管气流引 射支管气流的作用，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。同理，直 管的局部阻力有时也会出 现负值。但是只能两者同 时为正，或一正一负，不 可能同时为负值。 在引射过程中总能量是损 失的，而且效率很低。为 了减小三通的局部阻力， 应避免出现引射现象。
3.分流三通的支管和直管不可能有能量增大的现 象，因此两个局部阻力系数不会出现负值。
总之，三通局部阻力的大小，与三通断面的形状、 分支管中心夹角、用作分流还是合流以及支管与总管 的面积比和流量比（即流速比）有关。
[例]有一如图所示之吸 气（合流）三通，已知： Q1=1.17m3/s， D1=500mm υ1=5.96m/s Q2=0.78m3/s， D2=250mm ， υ2=15.9m/s Q3=1.94m3/s， D3=560mm， υ3=7.9m/s 分支管中心夹角a=30° 求此三通的局部阻力。
工业通风与除尘
第二章 通风阻力与管道压力分布
风管材料
通风管道是输送空气的通道，它将排风罩、除 尘器、通风机等设备连成一体，使通风除尘系统的 重要组成部分。 通过本章的学习，要求了解和掌握通风管道的 设计原理和计算方法。 在设计风管是必须要考虑和解决的问题： 1.使通风除尘系统中每一个排风罩处都达到所需 要的排风量； 2.不使粉尘在风管内沉积而造成风管堵塞； 3.风管直径的设计要使系统的一次投资和日常运 行维护费用经济合理； 4.便于维护管理
s
s
f—管道中充满流体的横断面积，m2； s—湿周，在通风、空调系统中即为风管的周长， m； d—圆形风管直径，m。 摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管 管壁的粗糙度有关。在通风和空调系统中，薄钢板风 管的空气流动状态大多数属于紊流光滑区到粗糙区之 间的过渡区。通常，高速风管的流动状态也处于过渡 区。 只有管径很小、表面粗糙的砖、混凝土风管内的流 动状态才属于粗糙区。
风管设计的主要内容包括：风管的布置，管径 的确定、管内气体流动时能量消耗的估算以及为保 护通风除尘系统的正常运行所必须采用的风管附件 的设置。
第一节 风管的阻力
风管内空气流动的阻力有两种，一种是由于空 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；
另一种是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。
• [解]按附录5列出的条件
（1）比较各管道的断面面积
S1 S 2
=
S3
(2)根据S1+S2=S3 比较Q2/Q3=0.4、 S2/S3=0.2查得 • 支管局部阻力系数：ξ2=2.7 • 直管局部阻力系数：ξ1=-0.73 • 支管的局部阻力：
PZ 2 2
2
2
2
15.92 1.2 2.7 409.55 2
一、摩擦阻力
根据流体力学原理，空气在任何横断面形状不变 的管道内流动时，摩擦阻力可按下式计算：
1 2 Pm l 4 Rs 2
对于圆形风管，摩擦阻力计算公式可改写为：
Pm

2
Байду номын сангаасd 2
l
圆形风管单位长度的摩擦阻力（又称比摩阻）为：
Rm
2
d 2
• 以上各式中： • λ—摩擦阻力系数； • υ—风管内空气的平均流速，m/s； • ρ—空气的密度，kg/m3； • l —风管长度，m； • Rs —风管的水力半径，m； R f
• 计算过渡区摩擦阻力系数的公式很多，下面列出的
公式适用范围较大，在目前得到较广泛的采用：
1 K 2.51 2 gl( ) 3.71d Re
• 式中 K—风管内壁粗糙度，mm • d—风管直径，mm。 • 影响摩擦阻力的因素： • （1）粗糙度对摩擦阻力的影响 • 从公式可以看出，摩擦阻力系数λ不仅与雷诺
• 在设计风管时为了减小局部阻力，通常采取以下 • • • •
措施： 1.管路布置的尽量顺直，减少弯管 2.在气流汇合部分（三通处）应尽量减少气流 的撞击，二股汇合气流的速度最好相等，三通交 角尽量减少。 3.减小断面积尺寸的突然变化。避免风管断面 的突然变化，用渐扩或渐缩管代替突然扩大或突 然缩小，中心角a最好在8～10度，不超过45度。 4.排风口气流速度尽量减低以减少出口动压的 损失。
Rm Rm K t
• 式中 Rm'—在某温度t时，实际的单位长度摩擦阻 •
力，Pa/m； Rm—按20º C的线解图查得的单位长度摩擦阻 力Pa/m； Kt—摩擦阻力温度修正系数 （3）矩形风管的摩擦阻力 风管的摩擦阻力，也可按《全国通用通风管道计 算表》[6]计算。
• • •
• 二、局部阻力