通風管道系統(tǒng)的設(shè)計計算資料學習教案

1、會計學1通風管道系統(tǒng)的設(shè)計通風管道系統(tǒng)的設(shè)計(shj)計算資料計算資料第一頁，共75頁。1 排風罩5 風帽1 排風罩2 風管有害氣體第2頁/共75頁第二頁，共75頁。 如圖，在風機3的動力作用下，室外(sh wi)空氣進入新風口1，經(jīng)進氣處理設(shè)備2處理后達到 衛(wèi)生標準或工藝要求后，由風管4輸送并分配到各送風口5 ，由風口送入室內(nèi)。第3頁/共75頁第三頁，共75頁。8.1.1 兩種流態(tài)及其判別分析 流體在管道內(nèi)流動時，其流動狀態(tài)，可以分為(fn wi)層流、紊流。 雷諾數(shù)既能判別流體在風道中流動時的流動狀態(tài)，又是計算風道摩擦阻力系數(shù)的基本參數(shù)。DV Re 在通風與空調(diào)(kn dio)工程中，雷諾

2、數(shù)通常用右式表示：8.1.2 風管內(nèi)空氣流動的阻力l產(chǎn)生阻力的原因： 空氣在風管內(nèi)流動之所以產(chǎn)生阻力是因為空氣是具有粘滯性的實際流體，在運動過程中要克服內(nèi)部相對運動出現(xiàn)的摩擦阻力以及風管材料內(nèi)表面的粗糙程度對氣體的阻滯作用和擾動作用。l阻力的分類：摩擦阻力或沿程阻力；局部阻力第4頁/共75頁第四頁，共75頁。lvRPsm2412XFRs 空氣在任意橫斷面形狀不變的管道中流動(lidng)時，根據(jù)流體力學原理，它的沿程阻力可以按下式確定： 對于(duy)圓形截面風管，其阻力由下式計算：lvDPm212 單位長度的摩擦阻力又稱比摩阻。對于圓形風管，由上式可知其比摩阻為： 2/2vDlPRmm（8-

3、5）（1）圓形風管的沿程阻力計算第5頁/共75頁第五頁，共75頁。摩擦阻力系數(shù)與管內(nèi)(un ni)流態(tài)和風管管壁的粗糙度K/D有關(guān))/(DKRfe，圖8-1 摩擦阻力系數(shù)隨雷諾數(shù)和相對(xingdu)粗糙度的變化第6頁/共75頁第六頁，共75頁。 有關(guān)過渡區(qū)的摩擦阻力系數(shù)計算公式很多，一般(ybn)采用適用三個區(qū)的柯氏公式來計算。它以一定的實驗資料作為基礎(chǔ)，美國、日本、德國的一些暖通手冊中廣泛采用。我國編制的全國通用通風管道計算表也采用該公式：Re51. 271. 3lg21DK 為了避免繁瑣的計算，可根據(jù)公式（8-5）和式（8-7）制成各種形式的表格或線算圖。附錄4所示的通風管道單位長度摩擦

4、阻力線算圖，可供計算管道阻力時使用。運用線算圖或計算表，只要(zhyo)已知流量、管徑、流速、阻力四個參數(shù)中的任意兩個，即可求得其余兩個參數(shù)。 （8-7）第7頁/共75頁第七頁，共75頁。附錄(fl)4 通風管道單位長度摩擦阻力線算圖第8頁/共75頁第八頁，共75頁。 需要說明的是，附錄4的線算圖是是按過渡區(qū)的值，在壓力B0=101.3kPa、溫度t0=200C、空氣密度0=1.24kg/m3、運動粘度=15.0610-6m2/s、壁粗糙度K=0.15mm、圓形風管、氣流與管壁間無熱量交換等條件下得的。當實際(shj)條件與上述不符時，應(yīng)進行修正。1）密度和粘度(zhn d)的修正 1 . 0

5、091. 000)()(mmRR2）空氣溫度(wnd)和大氣壓力的修正 0mBtmRKKR825. 027320273tKt9 . 0)3 .101(BKB3）管壁粗糙度的修正 0mrmRKR第9頁/共75頁第九頁，共75頁。 有一通風(tng fng)系統(tǒng)，采用薄鋼板圓形風管（ K = 0.15 mm），已知風量L3600 m2/h（1 m3/s）。管徑D300 mm，空氣溫度t30。求風管管內(nèi)空氣流速和單位長度摩擦阻力。0mRtK0mtmRKR=0.97解：查附錄4，得14 m/s，7.68 Pa/m 查圖8-2得，=0.977.68 Pa/m=7.45 Pa/m第10頁/共75頁第十頁，

6、共75頁。 全國通用通風管道計算表和附錄(fl)4的線算圖是按圓形風管得出的，在進行矩形風管的摩擦阻力計算時，需要把矩形風管斷面尺寸折算成與之相當?shù)膱A形風管直徑，即當量直徑，再由此求得矩形風管的單位長度摩擦阻力。 所謂“當量直徑”，就是與矩形風管有相同單位長度摩擦阻力的圓形風管直徑，它有流速(li s)當量直徑和流量當量直徑兩種。 假設(shè)某一圓形風管中的空氣流速與矩形風管中的空氣流速相等，并且兩者的單位長度摩擦阻力也相等，則該圓風管的直徑就稱為此矩形風管的流速當量直徑。第11頁/共75頁第十一頁，共75頁。（1）流速(li s)當量直徑假設(shè)某一圓形風管中的空氣流速與矩形(jxng)風管中的空氣流

7、速相等，并且兩者的單位長度摩擦阻力也相等，則該圓風管的直徑就稱為此矩形(jxng)風管的流速當量直徑。第12頁/共75頁第十二頁，共75頁。第13頁/共75頁第十三頁，共75頁。（2）流量(liling)當量直徑l設(shè)某一圓形風管中的空氣流量與矩形風管的空氣流量相等，并且單位長度摩擦阻力也相等，則該圓形風管的直徑就稱為此矩形風管的流量當量(dngling)直徑。l流量當量(dngling)直徑可近似按下式計算。l DL=1.37(ab)0.625/（a+b）0.25 l以流量當量(dngling)直徑DL和矩形風管的流量L，查附錄6所得的單位長度摩擦阻力Rm ，即為矩形風管的單位長度摩擦阻力第1

8、4頁/共75頁第十四頁，共75頁。解解 矩道風道內(nèi)空氣流速矩道風道內(nèi)空氣流速(li s)1）根據(jù)矩形風管的流速）根據(jù)矩形風管的流速(li s)當量直徑當量直徑Dv和實際流速和實際流速(li s)V，求矩形風管的單位長度摩擦阻力。，求矩形風管的單位長度摩擦阻力。15/0.5 0.4LVm sab22 500 400444500400VabDmmab第15頁/共75頁第十五頁，共75頁。由由V=5m/s、Dv=444mm查圖得查圖得Rm0=0.62Pa/m0.250.2503 51.961.96 0.621.22/tmtmKKVRK RPa m粗糙度修正(xizhng)系數(shù)第16頁/共75頁第十六

9、頁，共75頁。由L=1m3/S、DL=487mm查圖2-3-1得Rm0=0.61Pa/mRm=1.960.61=1.2 Pa/m2）用流量當量直徑求矩形）用流量當量直徑求矩形(jxng)風管單位長度摩風管單位長度摩擦阻力。擦阻力。矩形矩形(jxng)風道的流量當量直徑風道的流量當量直徑0.6250.250.6250.251.30.4 0.51.30.4 0.50.447LabDa bm第17頁/共75頁第十七頁，共75頁。 一般情況(qngkung)下，通風除塵、空氣調(diào)節(jié)和氣力輸送管道都要安裝一些諸如斷面變化的管件(如各種變徑管、變形管、風管進出口、閥門)、流向變化的管件（彎頭）和流量變化的管

10、件(如三通、四通、風管的側(cè)面送、排風口)，用以控制和調(diào)節(jié)管內(nèi)的氣流流動。 流體經(jīng)過這些管件時，由于邊壁或流量的變化，均勻流在這一局部地區(qū)遭到破壞，引起流速的大小，方向或分布的變化，或者氣流的合流與分流，使得氣流中出現(xiàn)渦流區(qū)，由此產(chǎn)生了局部損失。 多數(shù)局部阻力的計算還不能從理論上解決，必須借助于由實驗得來的經(jīng)驗公式或系數(shù)。局部阻力一般按下面公式確定： 2Z2 局部阻力系數(shù)也不能從理論上求得，一般(ybn)用實驗方法確定。在附錄5中列出了部分常見管件的局部阻力系數(shù)。 第18頁/共75頁第十八頁，共75頁。 局部阻力在通風、空調(diào)系統(tǒng)中占有較大的比例，在設(shè)計時應(yīng)加以注意。減小局部阻力的著眼點在于防止或

11、推遲氣流與壁面的分離，避免漩渦區(qū)的產(chǎn)生或減小漩渦區(qū)的大小和強度。下面介紹(jisho)幾種常用的減小局部阻力的措施。 （1） 漸擴管和漸擴管幾種常見的局部(jb)阻力產(chǎn)生的類型：、突變、漸變 第19頁/共75頁第十九頁，共75頁。2312312第20頁/共75頁第二十頁，共75頁。（2） 三通(sn tn) 圖8-4 三通(sn tn)支管和干管的連接第21頁/共75頁第二十一頁，共75頁。（3）彎管(wn un)圖8-5 圓形風管(fn un)彎頭圖8-6 矩形風管(fn un)彎頭圖8-7 設(shè)有導(dǎo)流片的直角彎頭（4） 管道進出口圖8-8 風管進出口阻力第22頁/共75頁第二十二頁，共75頁

12、。（5） 管道和風機(fn j)的連接圖8-9 風機(fn j)進出口管道連接第23頁/共75頁第二十三頁，共75頁。8.2.1 動壓、靜壓和全壓 空氣在風管中流動時，由于風管阻力和流速變化，空氣的壓力是不斷變化的。研究風管內(nèi)壓力的分布規(guī)律，有助于我們正確設(shè)計通風和空調(diào)系統(tǒng)并使之經(jīng)濟(jngj)合理、安全可靠的運行。分析的原理是風流(fngli)的能量方程和靜壓、動壓與全壓的關(guān)系式。 根據(jù)能量守恒定律，可以寫出空氣在管道內(nèi)流動時不同斷面間的能量方程（伯努利方程）。 212222121122PgZPgZPjj2122221122PPPjj我們可以利用上式對任一通風空調(diào)系統(tǒng)的壓力分布進行分析第24

13、頁/共75頁第二十四頁，共75頁。8.2.2 風管內(nèi)空氣(kngq)壓力的分布 把一套通風除塵系統(tǒng)內(nèi)氣流(qli)的動壓、靜壓和全壓的變化表示在以相對壓力為縱坐標的坐標圖上，就稱為通風除塵系統(tǒng)的壓力分布圖。 設(shè)有圖8-10所示的通風系統(tǒng)，空氣進出口都有局部阻力。分析該系統(tǒng)風管內(nèi)的壓力分布。第25頁/共75頁第二十五頁，共75頁。8.3.1 風道設(shè)計的內(nèi)容(nirng)及原則風道的水利計算分設(shè)計(shj)計算和校核計算兩類。風道設(shè)計時必須遵循以下的原則：（1）系統(tǒng)要簡潔、靈活、可靠；便于安裝、調(diào)節(jié)、控制與維修。（2）斷面尺寸要標準化。（3）斷面形狀要與建筑結(jié)構(gòu)相配合，使其完美統(tǒng)一。 第26頁/共

14、75頁第二十六頁，共75頁。8.3.2 風道(fn do)設(shè)計的方法風管水力(shul)計算方法1.假定流速法2.壓損平均法3.靜壓復(fù)得法目前常用的是假定流速法。第27頁/共75頁第二十七頁，共75頁。通風管道的水力(shul)計算l通風管道的水力計算是在系統(tǒng)和設(shè)備布置、風管材料、各送排風點的位置和風量均已確定的基礎(chǔ)上進行的。l目的是，確定各管段的管徑(或斷面尺寸)和阻力，保證系統(tǒng)內(nèi)達到(d do)要求的風量分配。最后確定風機的型號和動力消耗。l在有的情況下， 風機的風量、風壓已經(jīng)確定，要由此去確定風管的管徑。l風管水力計算方法有假定流速法、壓損平均法和靜壓復(fù)得法等幾種， 目前常用的是假定流速

15、法。第28頁/共75頁第二十八頁，共75頁。8.3.3 風道設(shè)計(shj)的步驟假定流速法風管(fn un)水力計算的步驟。（1）繪制通風或空調(diào)(kn dio)系統(tǒng)軸測圖（2）確定合理的空氣流速（3）根據(jù)各管段的風量和選擇的流速確定各管段的斷面尺寸，計算最不利環(huán)路的摩擦阻力和局部阻力（4）并聯(lián)管路的阻力計算（5）計算系統(tǒng)的總阻力（6）選擇風機第29頁/共75頁第二十九頁，共75頁。假定流速法的特點是，先按技術(shù)經(jīng)濟要求選定風管的流速，再根據(jù)風管的風量確定風管的斷面尺寸和阻力。假定流速法的計算步驟和方法如下，1繪制通風或空調(diào)系統(tǒng)軸測圖，對各管段進行編號，標注長度和風量。管段長度一般按兩管件間中心線

16、長度計算，不扣除管件(如三通、彎頭)本身的長度。2確定合理的空氣流速 風管內(nèi)的空氣流速對通風、空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性有較大的影響。流速高，風管斷面小，材料耗用少，建造(jinzo)費用小，但是系統(tǒng)的阻力大，動力消耗增大，運用費用增加。對除塵系統(tǒng)會增加設(shè)備和管道的摩損，對空調(diào)系統(tǒng)會增加噪聲。第30頁/共75頁第三十頁，共75頁。3. 管道壓力損失計算 阻力計算應(yīng)從最不利環(huán)路開始 根據(jù)各風管的風量和選擇的流速確定各管段的斷面尺寸，計算摩擦阻力和局部阻力。確定風管斷面尺寸時，采用通風管道統(tǒng)一規(guī)格。袋式除塵器和靜電除塵器后風管內(nèi)的風量應(yīng)把漏風量和反吹風(chu fng)量計人。在正常運行條件下，除塵器的漏風

17、率應(yīng)不大于5第31頁/共75頁第三十一頁，共75頁。4. 并聯(lián)管路的阻力平衡為了保證各送、排風點達到預(yù)期的風量，兩并聯(lián)支管的阻力必須(bx)保持平衡。對一般的通風系統(tǒng)，兩支管的阻力差應(yīng)不超過15；除塵系統(tǒng)應(yīng)不超過10。若超過上述規(guī)定，可采用下述方法使其阻力平衡。（1）調(diào)整支管管徑 通過改變支管管徑，即改變支管的阻力，達到阻力平衡。第32頁/共75頁第三十二頁，共75頁。（2）增大排風量當兩支管的壓力損失相差不大時(在20以內(nèi))，可以不改變管徑，將壓力損失小的那段支管的流量適當增大，以達到壓力平衡。（3）增大支管的壓力損失閥門(f mn)調(diào)節(jié)是最常用的一種增加局部壓力損失的方法，它是通過改變閥門

18、(f mn)的開度，來調(diào)節(jié)管道壓力損失的。5.風機選擇第33頁/共75頁第三十三頁，共75頁。第34頁/共75頁第三十四頁，共75頁。第35頁/共75頁第三十五頁，共75頁。第36頁/共75頁第三十六頁，共75頁。第37頁/共75頁第三十七頁，共75頁。第38頁/共75頁第三十八頁，共75頁。第39頁/共75頁第三十九頁，共75頁。第40頁/共75頁第四十頁，共75頁。第41頁/共75頁第四十一頁，共75頁。第42頁/共75頁第四十二頁，共75頁。第43頁/共75頁第四十三頁，共75頁。第44頁/共75頁第四十四頁，共75頁。第45頁/共75頁第四十五頁，共75頁。第46頁/共75頁第四十六頁

19、，共75頁。第47頁/共75頁第四十七頁，共75頁。第48頁/共75頁第四十八頁，共75頁?！窘狻?1對各管段進行編號，標出管段長度和各排風點的排風量。2選定最不利環(huán)路， 本系統(tǒng)選擇1-3-5-除塵器-6-風機-7為最不利環(huán)路。3根據(jù)各管段的風量及選定的流速，確定最不利環(huán)路上各管段的斷面尺寸和單位長度摩擦阻力。 輸送含有輕礦物粉塵的空氣時，風管內(nèi)最小風速為，垂直風管12ms、水平風管14ms。 考慮(kol)到除塵器及風管漏風，管段6及7的計算風量為63001.05=6615m3h。第49頁/共75頁第四十九頁，共75頁。管段1 根據(jù)L1=1500m3h(0.42m3)、vl=14ms 查出管

20、徑和單位長度摩擦阻力。 所選管徑應(yīng)盡量符合附錄8的通風管道統(tǒng)一規(guī)格。 D1=200mm Rm1=12.5Pam 同理可查得管段3、5、6、7的管徑及比摩阻.4確定(qudng)管段2、4的管徑及單位長度摩擦阻力.5查附錄7，確定(qudng)各管段的局部阻力系數(shù)。第50頁/共75頁第五十頁，共75頁。(1)管段1 設(shè)備密閉罩 =10(對應(yīng)接管動壓) 900彎頭(RD=1.5)一個(y ) =0.17直流三通(13)根據(jù)Fl+F2F3 F2 / F3 =：(140240)=0.292L2 / L3=800/2300=0.34 7 查得 =0.20 =1.0+0.17+0.20=1.37 第51頁

21、/共75頁第五十一頁，共75頁。(3)管段3直流三通(3-5)根據(jù)F3+F4F5 F4 / F5 =：(280380)2=0.54L4 / L5=4000/6300=0.634 查得 =-0.05(4)管段4設(shè)備密閉(mb)罩 =1合流三通(4-5) =0.64=1.0+0.17+0.64第52頁/共75頁第五十二頁，共75頁。(5)管段(un dun)5 除塵器進口變徑管(漸擴管)除塵器進口300800mm，變徑管長度500mmtg =1/2(800-380)/500=0.42=22.7 =0.60第53頁/共75頁第五十三頁，共75頁。(6)管段(un dun)6除塵器出口變徑管(漸縮管)

22、除塵器出口尺寸300800mm變徑管長度400mm tg =1/2(800-420)/400=0.475 =25.4 =0.10 900彎頭2個 =20.17=0.34風機進口漸擴管選風機，風機進口直徑D1=500mm,變徑管長度300mm tg =1/2(500-420)/300=0.13 =7.60 =0.03=0.1+0.34+0.03=0.47第54頁/共75頁第五十四頁，共75頁。(7)管段7風機出口漸擴管風機出口尺寸(ch cun)410315mm D7=420mmF 7 / F =1.07 =0帶擴散管的傘形風帽(hD0=0.5) =0.60 =060 第55頁/共75頁第五十五

23、頁，共75頁。6計算各管段的沿程摩擦阻力和局部(jb)阻力。第56頁/共75頁第五十六頁，共75頁。7對并聯(lián)管路(un l)進行阻力平衡(1)匯合點Pl=298.5Pa P2 =179.7Pa （Pl -P2 ） / Pl = （298.5- 179.7）/ 298.5 =39. 710為使管段l、2達到阻力平衡，改變管段2的管徑，增大其阻力。 根據(jù)公式(6-16) D2=D2(P2 P2 )0.225=124.8mm 取D2 =130mm。其對應(yīng)的阻力 P2 =179.7（140/130） 1/0.225=249.7Pa（Pl -P2 ） / Pl=（298.5- 249.7）/ 298.5

24、 =16.8 10第57頁/共75頁第五十七頁，共75頁。(2)匯合點B Pl +P3=298.5+54=352PaP4= 362Pa P4-（Pl +P3 ）/ P4=362-352.5/362=2.6 10符合要求 8計算(j sun)系統(tǒng)的總阻力 P= (Rml+Z)=298.5+54+99.2+58.6+87.8+1200 =1798Pa第58頁/共75頁第五十八頁，共75頁。9選擇(xunz)風機風機風量 Lf=1.15L=1.156615=7607m3h風機風壓 Pf=1.15P=1.151798=2067Pa，第59頁/共75頁第五十九頁，共75頁。l通風除塵系統(tǒng)風管壓力損失的估

25、算l在進行系統(tǒng)的方案比較(bjio)或申報通風除塵系統(tǒng)的技術(shù)改造計劃時，對系統(tǒng)的總損失作粗略通風除塵系統(tǒng)風管壓力損失的估算 。系統(tǒng)性質(zhì)管道風速m/s風管長度m排風點個數(shù)壓力損失pa通風系統(tǒng)14302以上30050014504以上350400除塵系統(tǒng)161850612001400第60頁/共75頁第六十頁，共75頁。通風除塵(chchn)系統(tǒng)的系統(tǒng)圖 圖8-11所示為某車間的振動篩除塵系統(tǒng)。采用矩形傘形排風罩排塵，風管用(gunyng)鋼板制作（粗糙度K0.15mm），輸送含有鐵礦粉塵的含塵氣體，氣體溫度為20。該系統(tǒng)采用CLS800型水膜除塵器，除塵器含塵氣流進口尺寸為318mm552mm，除

26、塵器阻力900Pa。對該系統(tǒng)進行水力計算，確定該系統(tǒng)的風管斷面尺寸和阻力并選擇風機。 第61頁/共75頁第六十一頁，共75頁。 在通風(tng fng)、空調(diào)、冷庫、烘房及氣幕裝置中，常常要求把等量的空氣經(jīng)由風道側(cè)壁（開有條縫、孔口或短管）均勻的輸送到各個空間，以達到空間內(nèi)均勻的空氣分布。這種送風方式稱為均勻送風。均勻送風管道通常有以下幾種(j zhn)形式：（1）條縫寬度或孔口面積變化，風道斷面不變，如圖8-14所示。0f圖8-14 風道斷面F及孔口流量系數(shù) 不變，孔口面積 變化的均勻吸送風 吹出吸入從條縫口吹出和吸入的速度分布第62頁/共75頁第六十二頁，共75頁。（2）風道斷面變化(bi

27、nhu)，條縫寬度或孔口面積不變，如圖8-15所示。0f圖8-15風道斷面F變化，孔口流量系數(shù) 及孔口面積 不變的均勻送風 （3）風道斷面、條縫寬度(kund)或孔口面積都不變，如圖8-16所示。0f 風道斷面F及孔口面積 不變時，管內(nèi)靜壓會不斷增大，可以根據(jù)靜壓變化，在孔口上設(shè)置不同的阻體來改變流量系數(shù) 。第63頁/共75頁第六十三頁，共75頁。 風管內(nèi)流動的空氣，在管壁的垂直方向受到氣流靜壓作用，如果在管的側(cè)壁開孔，由于孔口內(nèi)外靜壓差的作用，空氣會在垂直管壁方向從孔口流出。但由于受到原有管內(nèi)軸向流速的影響，其孔口出流方向并非垂直于管壁，而是以合成速度沿風管軸線成 角的方向流出，如圖8-17

28、所示。圖8-17 孔口(kn ku)出流狀態(tài)圖第64頁/共75頁第六十四頁，共75頁。1. 出流的實際(shj)流速和流向jjpv2ddpv222djdjdjppvvtg靜壓差產(chǎn)生(chnshng)的流速為： 空氣從孔口出流時，它的實際流速和出流方向不僅取決于靜壓產(chǎn)生的流速大小和方向，還受管內(nèi)流速的影響。孔口出流的實際速度(sd)為二者的合成速度(sd)。速度(sd)的大小為： 利用速度四邊形對角線法則，實際流速 的方向與風道軸線方向 的夾角（出流角）為空氣在風管內(nèi)的軸向流速為：第65頁/共75頁第六十五頁，共75頁。2. 孔口(kn ku)出流的風量vfL36000jfff00sinjjPfvfL236003600000jvfLv0003600對于(duy)孔口出流，流量可表示成： 孔口(kn ku)處平均流速：第66頁/共75頁第六十六頁，共75頁。3.實現(xiàn)均勻(jnyn)送風的條件 要實現(xiàn)均勻送風需要滿足下面兩個基本要求：1）各側(cè)孔或短管的出流風(li fn)量相等；2）出口氣流盡量與管道側(cè)壁垂直，否則盡管風量相等也不會均勻。 0fjp 從式（8-34）可以看出，對側(cè)孔面積 保持不變的均勻送風管道，要使各側(cè)孔的送風量保持相等，必需保證各側(cè)孔的靜壓 和流量系數(shù) 相等；要使出口氣流盡量保持垂直，要求出流角 接近90。下面(xi mian)具體分