第6章-风管设计计算.ppt

第第6章章通风管道的设计计算通风管道的设计计算1.本章内容提要及重点本章内容提要及重点1 1 水力计算基础水力计算基础2 2 通风管路水力计算通风管路水力计算3 3 管道内的压力分布管道内的压力分布4 4 均匀送风管道设计计算均匀送风管道设计计算5 5 通风管道设计中的有关问题通风管道设计中的有关问题2.第一节第一节 水力计算基础水力计算基础本节重点：本节重点：本节重点：本节重点：l l摩擦阻力与局部阻力的概念摩擦阻力与局部阻力的概念摩擦阻力与局部阻力的概念摩擦阻力与局部阻力的概念l l比摩阻的概念与线算图的使用比摩阻的概念与线算图的使用比摩阻的概念与线算图的使用比摩阻的概念与线算图的使用l l局部阻力系数的查询局部阻力系数的查询局部阻力系数的查询局部阻力系数的查询3.一、摩擦阻力一、摩擦阻力空气在横断面形状不变的管道内流动时的摩擦阻力按下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：式计算：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。对圆形风管：对圆形风管：对圆形风管：对圆形风管：4.式中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。摩擦阻力系数与管内的流态Re和风管管壁的粗糙度/D有关，f(Re,/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5.通通通通风风风风管管管管道道道道单单单单位位位位长长长长度度度度摩摩摩摩擦擦擦擦阻阻阻阻力力力力线线线线算算算算图图图图教材教材教材教材P243P243P243P243流速流速流速流速管径管径管径管径6.附附录录6所所示示的的线线解解图图，可可供供计计算算管管道道阻阻力力时时使使用用。只只要要已已知知流流流流量量量量、管管管管径径径径、流流流流速速速速、阻阻阻阻力力力力四四个个参参数数中中的的任意两个，即可利用该图求得其余的两个参数。任意两个，即可利用该图求得其余的两个参数。7.1 1、密度和粘度修正、密度和粘度修正Pa/m8.2 2、空气温度和大气压力修正、空气温度和大气压力修正Kt 和 KB 也可直接由图查得。9.3 3、管壁粗糙度的修正、管壁粗糙度的修正风管材料粗糙度/mm薄钢板或镀锌薄钢板0.150.18塑料板0.010.05矿渣石膏板1.0矿渣混凝土板1.5胶合板1.0砖砌体36混凝土13木板0.21.0各种材料的粗糙度当风管管壁的粗糙度当风管管壁的粗糙度0.15mm0.15mm时，可按下式修正。时，可按下式修正。10.例例：有一通风系统，采用薄钢板圆形风管：有一通风系统，采用薄钢板圆形风管(0.15mm)，已，已知风量知风量L3600m3/h(1m3/s)。管径。管径D300mm，空气温度，空气温度t30，求风管管内空气流速和单位长度摩擦阻力。，求风管管内空气流速和单位长度摩擦阻力。解：查图，得v14m/s，Rm07.7Pa/m。查图6-2得，Kt0.97。RmKtRm00.977.77.47Pa/m11.二、矩形风管的摩擦阻力二、矩形风管的摩擦阻力附附录录6是是按按圆圆形形管管道道得得出出的的，对对于于矩矩形形管管道道需需先先把矩形断面折算成当量直径。把矩形断面折算成当量直径。所所谓谓当当量量直直径径，是是指指与与矩矩形形风风管管有有相相同同单单位位长长度度摩摩擦擦阻阻力力的的圆圆形形风风管管的的直直径径，分分流流速速当当量量直直径径和和流量当量直径流量当量直径。12.1.1.流速当量直径流速当量直径D DV V2.2.流量当量直径流量当量直径D DL L13.注意：注意：利用当量直径求矩形风管阻力时，要注意利用当量直径求矩形风管阻力时，要注意其对应关系：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速当量直径时，必须用流速去查比摩阻采用流速当量直径时，必须用流速去查比摩阻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采用流量当量直径时，必须用流量去查比摩阻采用流量当量直径时，必须用流量去查比摩阻采用流量当量直径时，必须用流量去查比摩阻14.三三.局部阻力局部阻力 当当当当风风风风流流流流的的的的方方方方向向向向和和和和断断断断面面面面大大大大小小小小发发发发生生生生变变变变化化化化或或或或通通通通过过过过管管管管件件件件设设设设备备备备时时时时，由由由由于于于于在在在在边边边边界界界界急急急急剧剧剧剧改改改改变变变变的的的的区区区区域域域域出出出出现现现现旋旋旋旋涡涡涡涡区区区区和和和和流流流流速速速速的重新分布而产生的阻力称为的重新分布而产生的阻力称为的重新分布而产生的阻力称为的重新分布而产生的阻力称为局部阻力局部阻力局部阻力局部阻力。当当空空气气流流过过断断面面变变化化的的管管件件(如如各各种种变变径径管管、风风管管进进出出口口、阀阀门门)、流流向向变变化化的的管管件件（弯弯头头）和和流流量量变变化化的的管管件件(如如三三通通、四四通通、风风管管的的侧侧面面送送、排排风风门门)都都会产生局部阻力。会产生局部阻力。由实验测定，并整理成经验公由实验测定，并整理成经验公由实验测定，并整理成经验公由实验测定，并整理成经验公式，见式，见式，见式，见附录附录附录附录1010（P244P244）15.突然扩大突然扩大突然扩大突然扩大 突然缩小突然缩小突然缩小突然缩小渐扩管渐扩管渐扩管渐扩管 渐缩管渐缩管渐缩管渐缩管附录附录附录附录10 10 10 10 教材教材教材教材P244P244P244P24416.伞形罩伞形罩 圆形弯头圆形弯头 矩形弯头矩形弯头附录附录附录附录10 10 10 10 教材教材教材教材P244P244P244P24417.合流三通合流三通附录附录附录附录10 10 10 10 教材教材教材教材P244249P244249P244249P244249F F1 1+F+F2 2FF3 3 F F1 1=F=F3 3=30=30v3F3v3F3v3F3F F1 1+F+F2 2=F=F3 3 =30=30F F1 1+F+F2 2FF3 3 F F1 1=F=F3 3=30=3018.如何查询局部阻力系数？如何查询局部阻力系数？例例1 有一合流三通，如图所示，已知有一合流三通，如图所示，已知L11.17m3/s(4200m3/h)，D1500mm，v15.96m/sL20.78m3/s(2800m3/h)，D2250mm，v215.9m/sL31.94m3/s(7000m3/h)，D3560mm，v37.9m/s分支管中心夹角分支管中心夹角30。求此三通的局部阻力。求此三通的局部阻力。19.解：按附录解：按附录7(P245)列出的条件，计算下列各值列出的条件，计算下列各值L2/L30.78/1.940.4F2/F3(D2/D3)2(250/560)20.2经计算经计算F1F2F3根据根据F1F2F3及及L2/L30.4、F2/F30.2查得查得支管局部阻力系数支管局部阻力系数22.7直管局部阻力系数直管局部阻力系数10.73支管的局部阻力支管的局部阻力Pa直管的局部阻力直管的局部阻力Pa20.为什么局部阻力系数会出现负值？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。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时，直管会引射支管气流，即流速大的直管气流失去能量，量，流速小的支管气流得到能量流速小的支管气流得到能量，因而支管的局部阻力，因而支管的局部阻力有时出现负值。这称为有时出现负值。这称为引射现象引射现象。解决的办法：解决的办法：尽可能做到各分支管内尽可能做到各分支管内流速相等流速相等 ，防止出现引射现，防止出现引射现象。象。21.例例2已知已知L2/L30.2，F2/F30.25F1F2F3，30查查1和和21=0.24，2=-0.25思考思考已知已知L2/L30.347，F2/F30.34F1F2F3，30如何查如何查1和和2？线性插值法线性插值法22.减小局部阻力的措施减小局部阻力的措施(1)避免风管断面的突然变化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。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。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圆形风管弯头的曲率半径一般大于(12)倍管径；矩形倍管径；矩形风管弯头断面的长宽比（风管弯头断面的长宽比（B/A）愈大，阻力愈小。采用）愈大，阻力愈小。采用矩形直角弯头，应在其中设导流片。矩形直角弯头，应在其中设导流片。23.(3)三三通通汇汇流流要要防防止止出出现现引引射射现现象象。分分支支管管道道中中心心线线夹夹角角要尽可能小。要尽可能小。一般要求不大于一般要求不大于30。(4)降低管道进口和排风口的流速降低管道进口和排风口的流速 气气流流进进入入风风管管时时，由由于于产产生生气气流流与与管管道道内内壁壁分分离离和和涡涡流流现现象象造造成成局局部部阻阻力力，对对于于不不同同的的进进口口形形式式，局局部部阻阻力相差较大。力相差较大。气气流流从从风风管管口口排排出出时时，其其在在排排出出前前所所具具有有的的能能量量全全部部损损失失。当当出出口口处处无无阻阻挡挡时时，此此能能量量损损失失等等于于出出口口动动压压，当当有有阻阻挡挡(风风帽帽、网网格格、百百叶叶)时时，能能量量损损失失将将大大于于出出口动压，就是说口动压，就是说 1。为了降低出口动压损失，为了降低出口动压损失，有时把出口制作成扩散角有时把出口制作成扩散角 较小的渐扩管，较小的渐扩管，1。24.第二节第二节 风管内的压力分布风管内的压力分布25.单位体积流量的能量方程单位体积流量的能量方程对于无压源的水平管道，以管道轴线为基准面，则有对于无压源的水平管道，以管道轴线为基准面，则有对于无压源的水平管道，以管道轴线为基准面，则有对于无压源的水平管道，以管道轴线为基准面，则有26.压力坡度图压力坡度图27.2 21 13 34 45 56 67 78 89 9P P0 028.第三节第三节 通风管路水力计算通风管路水力计算29.一一.何为通风管道的水力计算何为通风管道的水力计算通通风风管管道道的的水水力力计计算算是是在在系系统统和和设设备备布布置置、风风管管材材料料、各各送送排排风风点点的的位位置置和和风风量量均均已已确确定定的的基基础础上上，确确定定各各管管段段的的管管径径(或或断断面面尺尺寸寸)和和阻阻力力，保保证证系系统统内内达达到到要要求求的的风风量量分分配配，最最后后确确定定风风机机的的型号和动力消耗。型号和动力消耗。通通风风管管道道的的水水力力计计算算最最常常用用的的方方法法是是假假定定流流速速法法。30.二二.假定流速法的计算步骤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；号，标注长度和风量；2.选定选定最不利环路最不利环路；3.确定合理的空气流速确定合理的空气流速；4.根据风量和流速确定管段的断面尺寸，计算根据风量和流速确定管段的断面尺寸，计算最最不利环路不利环路的摩擦阻力和局部阻力；的摩擦阻力和局部阻力；5.并联管路的阻力平衡并联管路的阻力平衡；6.计算系统的总阻力；计算系统的总阻力；7.选择风机选择风机。31.实例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，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，除尘器阻力力Pc1200Pa。对该系统进行水力计算，并选择风机。对该系统进行水力计算，并选择风机。32.1、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 l35除尘器除尘器6风机风机7为最不利环路。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。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，垂直风管垂直风管12m/s、水平风管、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63001.056615m3/h。33.所选管径按通风管道统一规格调整为：D1200mm；实际流速v113m/s；由附录6的图得，Rm112.5Pa/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。管段1有水平风管，根据L1=1500m3/h(0.42m3/s)、v114m/s，求出管径为：m=195mm34.管道水力计算汇总表管道水力计算汇总表管管流量流量长度长度管径管径流速流速动压动压局部局部阻力阻力系数系数局部局部阻力阻力比摩阻比摩阻摩擦摩擦阻力阻力管道管道阻力阻力1 1150015000.42 0.42 11112002001414117.6117.61.371.37161.1 161.1 12.512.5137.5137.5298.6 298.6 3 3230023000.64 0.64 5 52402401414117.6117.6-0.05-0.05-5.9-5.9 1212606054.1 54.1 5 5630063001.75 1.75 5 53803801414117.6117.60.610.6171.7 71.7 5.55.527.527.599.2 99.2 6 6661566151.84 1.84 4 4420420121286.486.40.470.4740.6 40.6 4.54.5181858.6 58.6 7 7661566151.84 1.84 8 8420420121286.486.40.60.651.8 51.8 4.54.5363687.8 87.8 2 28008000.22 0.22 6 61401401414117.6117.60.610.6171.7 71.7 1818108108179.7 179.7 4 4400040001.11 1.11 6 62802801616153.6153.61.811.81278.0 278.0 14148484362.0 362.0 2 28008000.22 0.22 13013015.915.9249.7249.735.5、确定各管段的局部阻力系数查通风设计手册等资料确定局部阻力系数。(1)管段1设备密闭罩1.0900弯头(R/D=1.5)一个0.17直流三通(13)根据F1F2F3，即0.02830.0154 0.04370.0452300F2/F3(140/240)20.34，L2/L3800/23000.348查得130.2(使用插值法)管段1总的局部阻力系数为1.00.170.21.3736.(2)管段2圆形伞罩600 0.09900弯头(R/D1.5)一个0.17600弯头(R/D1.5)一个0.14合流三通(23)230.2管段2总的局部阻力系数为0.090.170.140.20.637.(3)管段3直流三通(35)，如图所示。F3F4F5即0.04520.06150.1080.11330F4/F5(280/380)20.54 L4/L54000/63000.63350.050.05(4)管段4设备密闭罩1.0900弯头(R/D1.5)一个0.17合流三通(45)450.64管段4总的局部阻力系数为1.00.170.641.8138.(5)管段5除尘器进口变径管(渐扩管)除尘器进口尺寸300mm800mm，变径管长度l500mmtg=0.5(800-380)/5000.42 =22.70.600.6039.(6)管段6除尘器出口变径管(渐缩管)除尘器出口尺寸300mm800mm，变径管长度l500mmtg(/2)=0.5(800-420)/5000.38 =41.60 0.10900弯头(R/D1.5)2个20.170.34风机进口渐扩管按要求的总风量和估计的管网总阻力拟选一台风机，风机进口直径D1450mm，变径管长度l300mmF0/F6(450/420)21.15tg(/2)=0.5(450-420)/3000.05 =5.700.02管段6总的局部阻力系数为0.10.340.020.4640.(7)管段7风机出口渐扩管风机出口尺寸360mm315mm D7420mm F7/F出0.138/0.1131.22 tg(/2)=0.5(420-360)/3000.1 =11.40 =0.02带扩散管的伞形风帽(h/D00.5)0.6管段7总的局部阻力系数为0.02+0.6=0.626、计算各管段的摩擦阻力和局部阻力计算结果见表。41.7、对并联管路进行阻力平衡(1)汇合点AP1334Pa P2=181.6Pa为了使管段1、2达到阻力平衡，改变管段2的管径，增大其阻力。减小管段2的管径为mm根据通风管道统一规格，取D2120mm，此时的阻力Pa42.满足平衡条件，取D2120mm，其对应的阻力360.3Pa。(2)汇合点BP1P333454442PaP4435.9Pa满足平衡条件，管路1、3处于平衡。43.8、计算系统的总阻力按管路135除尘器6风机7进行计算PP1P3P5PcP6P7P33454112.9120066.8101.81870Pa9、选择风机风机风量Lf1.15L1.1566157607m3/h=2.11m3/s风机风压Pf1.15P1.1518702151Pa2.151kPa 管网阻抗KPf/Lf22.151/2.1120.483管网特性方程P0.483L244.从风机产品目录中选用C4-73NO.4.5离心排尘通风机。工况点风压为2.25kPa，风量为2.11m3/s，全压效率为88%。风机转数n2800r/min，配用Y132S2-2型电动机，功率7.5kW。45.第四节第四节 均匀送风管道设计计算均匀送风管道设计计算46.一一.设计的原理设计的原理47.孔口面积孔口面积 上的平均流速上的平均流速 可以按下式计算：可以按下式计算：孔口流出的风量：孔口流出的风量：孔口流出的风量：孔口流出的风量：48.风口的流速分布如图风口的流速分布如图：（矩形送风管断面不变，采（矩形送风管断面不变，采用等条缝口送（排）风）用等条缝口送（排）风）v要实现均匀送风可采取的措施要实现均匀送风可采取的措施：（：（如图如图）1、设阻体；、设阻体；2、改变断面积；、改变断面积；3、改变送风口断面积；、改变送风口断面积；4、增大、增大F，减小，减小f0。49.50.二二.实现均匀送风的条件实现均匀送风的条件1.1.保持各侧孔静压相等保持各侧孔静压相等；即保持两侧孔静压相等的条件是：即保持两侧孔静压相等的条件是：两侧孔的动压降等于两侧孔的动压降等于两侧孔间的阻力两侧孔间的阻力。51.2.2.保持各侧孔流量系数相等保持各侧孔流量系数相等；与孔口形状、流角与孔口形状、流角以及以及 L0/L=有关，有关，在在 范围内，范围内，0.6。52.3.3.增大出流角增大出流角。保持保持60，接近，接近90。必须使必须使要求较高时，可在孔口处安装垂直于要求较高时，可在孔口处安装垂直于要求较高时，可在孔口处安装垂直于要求较高时，可在孔口处安装垂直于侧壁的挡板，或把孔口改成短管。侧壁的挡板，或把孔口改成短管。侧壁的挡板，或把孔口改成短管。侧壁的挡板，或把孔口改成短管。53.三三.局部阻力系数和流量系数局部阻力系数和流量系数通通常常把把侧侧孔孔送送风风的的均均匀匀管管道道看看作作是是支支管管长长度度为为0的的三三通通，局局部部阻阻力力包包含含两两部部分分：直直通通部部分分局局部部阻阻力力和和侧孔出流的局部阻力侧孔出流的局部阻力。侧孔侧孔流量系数流量系数=0.60.65；直流三通局部阻力系数：由直流三通局部阻力系数：由L0/L查表查表6-6(P168)L L0 0L L1 1L LL0/L00.10.20.30.40.50.60.70.80.910.150.050.020.010.030.070.120.170.230.290.35表表表表6-6 6-6 6-6 6-6 空气流过侧孔直通部分的局部阻力系数空气流过侧孔直通部分的局部阻力系数空气流过侧孔直通部分的局部阻力系数空气流过侧孔直通部分的局部阻力系数54.三三.实例实例如如图图所所示示总总风风量量8000m3/h的的圆圆形形均均匀匀送送风风管管道道，采采用用8个个等等面面积积的的侧侧孔孔送送风风，孔孔间间距距为为1.5m。试试确确定定其其孔孔口口面积、各断面直径及总阻力。面积、各断面直径及总阻力。123456781.51.51.51.51.51.51.5先确定先确定先确定先确定侧孔个数侧孔个数侧孔个数侧孔个数、侧孔间距侧孔间距侧孔间距侧孔间距及及及及每个侧孔的送风量每个侧孔的送风量每个侧孔的送风量每个侧孔的送风量，然后计算，然后计算，然后计算，然后计算出出出出侧孔面积侧孔面积侧孔面积侧孔面积、送风管道直径送风管道直径送风管道直径送风管道直径(或断面尺寸或断面尺寸或断面尺寸或断面尺寸)及及及及管道的阻力管道的阻力管道的阻力管道的阻力。55.【解答解答】56.57.58.59.第五节第五节 通风管道设计中的有关问题通风管道设计中的有关问题60.系统划分系统划分 具体具体风管布置风管布置风管断面及管道定型化风管断面及管道定型化风管材料的选择风管材料的选择风管的保温风管的保温进排风口进排风口 具体具体防爆及防火防爆及防火本章结束本章结束61.系统划分系统划分对于下列情况应设对于下列情况应设单独单独排风系统：排风系统：两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧或爆炸；或爆炸；两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐蚀性两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐蚀性的混合物或化合物；的混合物或化合物；两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘；两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘；放散剧毒物质的房间和设备。放散剧毒物质的房间和设备。62.风管布置风管布置对对进风口进风口：应设在室外空气较清洁的地方；应设在室外空气较清洁的地方；应尽量设在排风口的上风侧；应尽量设在排风口的上风侧；进风口底部不低于地坪进风口底部不低于地坪20米；米；降温用的排风口应设在背阴面。降温用的排风口应设在背阴面。对对排风口排风口：净化后达到排风标准的排风口应高出屋顶净化后达到排风标准的排风口应高出屋顶1米；米；不应设在人员密集处。不应设在人员密集处。63.管内合理的空气流速管内合理的空气流速 教材教材教材教材P158P15864.返回返回返回返回65.阻力平衡阻力平衡为了保证各送、排风点达到预期的风量，两并联支管的为了保证各送、排风点达到预期的风量，两并联支管的阻力必须保持平衡。对一般的阻力必须保持平衡。对一般的通风系统通风系统，两支管的阻力，两支管的阻力差应不超过差应不超过15；除尘系统除尘系统应不超过应不超过10。若超过上述。若超过上述规定，可采用下述方法使其阻力平衡。规定，可采用下述方法使其阻力平衡。1.1.调整支管管径调整支管管径调整支管管径调整支管管径2.2.增大支管风量增大支管风量增大支管风量增大支管风量3.3.阀门调节阀门调节阀门调节阀门调节返回返回返回返回66.选择风机选择风机考虑到风管、设备的漏风及阻力计算的不精确，考虑到风管、设备的漏风及阻力计算的不精确，应按下式的风量、风压选择风机：应按下式的风量、风压选择风机：67.若风机在非标准状态下工作时，则按下式进行换若风机在非标准状态下工作时，则按下式进行换算：算：返回返回返回返回68.