均匀送风管道的设计计算共67页

一、风管内风流的压力 及能量方程
绝对静压 ：以绝对零压作为基准的静压，用Pj表示 。 相对静压：以当地大气压力为基准的静压 ，用 P表j 示 。
Pj
当地大气压
绝对真空 绝对静压与相对静压
一、风管内风流的压力 及能量方程
不同标高的大气，其静压也不同。随着高度的升高，
静压降低，反之亦然。如果空气是不可压缩的，
测定和计算绝对压力。
对于水平管道：
P1
u12
2
P2
u
2 2
2
h12
对于垂直或倾斜管道：
P1
u12
2
P2
u
2 2
2
h12
应用：阻力测定、通风机压力测定、分析通风管道 的压力分布情况
一、风管内风流的压力 及能量方程
4、空气压力的测定
通风工程中空气压力测定包括：空气绝对压力测定和空气 相对压力测定。
能量方程是能量守恒原理在气体流动中的具体表现形式和数
学表达式。流体运动所具有的能量包括内能U和机械能E，而机械
能包括流体的静压能P，动压能ρυ2/2和位势能Zρg，即
由于与外界发生热交换及对外界做功，其能量就 要发生变化，根据热力学第一定律即有
式中 U1、U2——分别为断面1、2流体的内能； E1、E2——分别为断面l、2流体的机械能； q——流体与外界交换的热量； h——流体对外界所做的功。
一、风管内风流的压力 及能量方程
（3）单管倾斜压力计
为了提高测量精度，可 采用倾斜Ｕ形压力计。设倾斜Ｕ形压
力计的倾斜角度为α，两侧液面差为L (mm)，则所测压力差为H
（mmH2O），即所测压力P（Pa）为：
P=ρgH =ρgLsinα

薄钢板或镀锌薄钢板 Kr — 管 壁 粗 糙 度 修 正 系 数 ；
K — 管壁粗糙度； v — 管内空气流速。
矿渣石膏板
矿渣混凝土板 胶合板 砖砌体 混凝土 木板
1.0
1.5 1.0 3～ 6 1～ 3 0.2～1.0
例：有一通风系统，采用薄钢板圆形风管(Δ＝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。 解：查图，得v＝14m/s，Rm0＝7.7Pa/m。 查图6-2得，Kt＝0.97。 Rm＝KtRm0＝0.97×7.7＝7.47Pa/m
14 14 14 12 12 14
117.6 117.6 117.6 86.4 86.4 117.6
1.37 -0.05 0.61 0.47 0.6 0.61
161.1 -5.9 71.7 40.6 51.8 71.7
12.5 12 5.5 4.5 4.5 18

137.5 60 27.5 18 36 108
• 合流三通
v3F3
v3F3
F1+F2=F3 α=30°
v3F3
F1+F2>F3 F1=F3 α=30°
F1+F2>F3 F1=F3 α=30°
附录10 教材P244~249
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。

条缝、孔口均匀送风管道计算 静压不变 沿程阻力=动压变化
左右面对称
10000
4500 500
4000 500
3500 500
3000 500
2500 500
2000 500
1500 500
1000 500
500 500
断面编号 断面风量 动压 静压 流速 断面面积 断面尺寸mm*mm 当量直径De= 圆形管道D= 出流l= 比摩阻R= 沿程阻力Δ P= 沿程阻力Py= 全压Pq= 镀锌板展开面积F=
1 2 3 4 5 6 7 8 9 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 11.490 10.851 10.229 9.621 9.021 8.423 7.813 7.169 6.431 41.67 41.67 41.67 41.67 41.67 41.67 41.67 41.67 41.67 4.37 4.25 4.13 4.00 3.87 3.74 3.61 3.45 3.27 0.286 0.261 0.236 0.208 0.179 0.148 0.116 0.080 0.042 926 847 763 675 581 481 374 261 138 0.463 0.452 0.440 0.424 0.403 0.376 0.338 0.283 0.190 603 577 548 515 478 435 384 320 232 1.91 1.96 2.02 2.08 2.15 2.23 2.31 2.41 2.55 62.31 62.98 63.66 64.35 65.06 65.81 66.60 67.49 68.57 0-1 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7 7-8 8-9 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 1.4 0.472 0.456 0.444 0.434 0.428 0.428 0.435 0.460 0.527 0.660 0.639 0.622 0.608 0.600 0.599 0.610 0.644 0.737 自动 自动 自动 左右对称风管的总面积

F P

ab （2 a
b）（6.14）
式中 a、b ——矩形风管的长度和宽度。
6.1 风道阻力
根据式（6.3），当流速与比摩阻均相同时，水力半径必相
等
则有
Rs Rs
D 4
ab
= （2 a b）
② 流量当量直径
2ab
D = a b Dv
（6.15）
假设某一圆形风管中的空气流量与矩形风管中的空气流量相

D 4
则圆形风管的沿程损失和单位长度沿程损失分别为
Pm


1 D
v
·2
2
l
Pa
Rm


D
v 2
· 2
Pa/m
（6.4） （6.5）
6.1 风道阻力
摩擦阻力系数 与风管管壁的粗糙度和管内空气的流动
状态有关，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
6.2 风道的水力计算
（4）有爆炸危险厂房的排风管道及排除有爆炸危险物质的风 管，不应穿越防火墙，其他风管不宜穿过防火墙和不燃性楼板 等防火分隔物，如必须穿过时，应在穿过处设防火阀。在防火 阀两侧2m范围内的风管及保温材料，应采用不燃材料。风管 穿过处的缝隙应用防火材料封堵。 （5）可燃气体管道、可燃液体管道和电线、排水管道等，不 得穿越风管的内腔，也不得沿风管的外壁敷设。可燃气体管道 和可燃气体管道，不应穿过风机室。 （6）风管内设有电加热器时，电加热器前后各800mm范围内 的风管和穿过设有火源等容易起火房间的风管及保温材料均应 采用不燃材料。
=
F P
（6.2）
F ——管道中充满流体部分的横断面积，m2；

• 对于绝热过程q=0；对于等温过程内能不变U1=U2。则不可压缩流 体绝热、等温的稳定流动过程的能量方程为
1-1断面与2-2断面之间若有风机（通风机的全 压为H）存在时：
2 1 u1 Z1 1 Z2 u2 2
•
通风工程中。常采用相对压力表示风流的压力，而不 测定和计算绝对压力。 对于水平管道：
•
Pd =ρυ2/ 2
• 3．全压
• 全压Pq等于静压Pj与动压Pd之和，即
•
P q= Pj + Pd
静压Pj以相对压力表示时，若静压为正，则全压总 为正；若静压为负，则全压可能为正，也可能为负，取 决于| Pj|值与Pd值的相对大小。
•
•
相对全压 Pq ：
Pq Pd Pj
4、风流压力的测定
P1
u12
2
P2
2 u 2
2
h12
对于垂直或倾斜管道：
P1
u12
2
P2
2 u 2
2
h12
应用：阻力测定、通风机压力测定、分析通风管道 的压力分布情况
四、空气压力的测定
• 通风工程中空气压力测定包括：空气绝对压力测定和空气 相对压力测定。 • 1．空气绝对压力的测定 • 绝对压力的测定，通常使用水银气压计和空盒气压计。 • （1）水银气压计 （2）空盒气压计
三、 通风管道的阻力特性
1、通风管道的阻力特性系数
v2 P Pm Z ( ) D 2
P (
l
l
D
)

2F
2
L2
K (
l
D
)

2F
2
Pa S 2 / m6 K:阻力特性系数，

第六章 通风系统风道设计计算
6.1 风道中的阻力
6.2 风道的水力计算
本
章
6.3 均匀送风管道的设计计算
总
体
6.4 风道内的压力分布
结
构 6.5 风道设计的有关问题
6.6 通风空调施工图
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1
第六章 通风系统风道设计计算
6.1 风道中的阻力
通风管道是通风和空调系统的重要组成部分，设计计算目的是，在保证要求 的风量分配前提下，合理确定风管布置和尺寸，使系统的初投资和运行费用 综合最优。通风管道系统的设计直接影响到通风空调系统的使用效果和技术 经济性能。
Rs,, Rs,
D 4
ab （ 2 a
b）
D
2ab ab
Dv
11
第六章 通风系统风道设计计算
6.1 风道中的阻力
（2）流量当量直径
假设某一圆形风管中的空气流量与矩形风管中的空气流量相等，且两风 管的单位长度沿程损失也相等，此时圆形风管的直径就称为该矩形风管的 流量当量直径，以DL表示：
圆管
L D2v
解一 矩形风管内空气流速
=
m/s
流速当量直径
= v=
L m
2700
6
由 由 所图以=6.61查=m得/s，t=5==00℃3.932时0×m，1m.2，==01查..D912附Pv a录/m63.a126得a0bb0F=1.22
P3a6/0m0 0.5 0.25
0.5 0.25 0.33 0.5 0.25
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28
第六章 通风系统风道设计计算
6.1 风道中的阻力
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图6.11 风管进口

回风点的位置和风量均已确定的基础上进行的。
风道水力计算的主要目的是确定各管段的管径（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。
目前六页\总数十五页\编于七点
风道水力计算方法比较多，如假定流速法、压损 平均法、静压复得法等。对于低速送风系统大多采 用假定流速法和压损平均法，而高速送风系统则采 用静压复得法。
P
Pv a2 2
附录6.4中列出了部分管件的局部阻力系数。
目前四页\总数十五页\编于七点
6.1.3 总阻力
摩擦阻力与局部阻力之和总阻力，克服摩擦阻力和局部阻力而引起 的能量损失称为称总阻力损失。
PPmPj
目前五页\总数十五页\编于七点
第二节 风道的水力计算
一．风道水力计算方法 风道的水力计算是在系统和设备布置、风管材料、各送、
第一节 风道中的阻力
根据流体力学可知，空气在管道内流动，必然要克服阻力产生 能量损失。空气在管道内流动有两种形式的阻力，即摩擦阻力和局 部阻力。
6.1.1 摩擦阻力
由于空气本身的粘滞性和管壁的粗糙度所引起的空气与管壁间的摩 擦而产生的阻力称为摩擦阻力。克服摩擦阻力而引起的能量损失称为 摩擦阻力损失，简称沿程损失。
目前十三页\总数十五页\编于七点
目前十四页\总数十五页\编于七点
二．双风机系统 双风机系统是指既设置有送风机而且设置有回风机的空调系统，
系统内的压力损失由送风机和回风机共同承担。 对于双风机系统来 说，排风必须处于回风机的正压段，而新风和回风必须处于送风机 的负压段。如图中所示， ①~②段由于回风机的加压作用，处于正 压区，排风可以通过排风阀直接排出。而②~③段由于送风机的抽吸 作用，处于负压区，新风和回风均可被抽吸进来。②为零位阀，通 过该阀处的风压应该为零。 特别需要注意的是：新风、排风、回风 的位置。

De=4Rs=4· f/P 式中f--管道的断面积, m2; P--管道的周长, m. Rs—风管水力半径, m.
对于圆管：当量直径=管道的直径. 对于矩形管：流速当量直径、流量当量直径.
对于矩形管 流速当量直径：假设某一圆形风管中的空气流速与 矩形管的流速相等, 并且单位长度的摩擦阻力也 相等，则该圆风管的直径称为矩形风管的流速当 量直径. 流速当量直径为: Dv=2ab/(a+b) a,b为矩形管断面的长, 宽边尺寸. 实际计算中多采用流速当量直径.
3．实现均匀送风的基本条件
对侧孔面积f0保持不变的均匀送风管，要使各侧孔 的送风量保持相等，必须保证各侧孔的静压pj和流量系 数μ相等；要使出口气流尽量保持垂直，要求出流角α接 近90°。 ①保持各侧孔静压相等，管道上断面1、2的能量方程式： pjl+pdl=pj2+pd2+（Rl+Z） 1-2 若：pdl－pd2=（Rl+Z） 1-2， 则：pjl=pj2 两侧孔间静压保持相等的条件：两侧孔间的动压降等于两 侧孔间的压力损失。
• 4. 优化设计法 原理：以管道投资费用与运行费用总和最低作为目 标函数而获得管道直径. 这种方法是管网设计计算中的新理论, 它对于降 低通风系统的能耗, 提高管网风平衡精度具有重要 的意义.
第四节 均匀送风管道的设计计算
• 均匀送风管道: 为使送风房间得到均匀的空气 分布，把等量的空气，沿风管侧壁的成排孔口 或短管均匀送出。
2．要实现均匀送风，可采取以下措施： ①送风管断面积F和孔口面积f0不变时，管内静压会不断 增大，可根据静压变化，在孔口上设置不同的阻体，使 不同的孔口具有不同的压力损失（即改变流量系数）， 见图6.14（a）、（b）。 ②孔口面积f0和μ值不变时，可采用锥形风管改变送风管 断面积，使管内静压基本保持不变，见图（c）。 ③送风管断面积F及孔口μ值不变时，可根据管内静压变 化， 改变孔口面积f0，见图（d）、（e）。 ④增大送风管断面积F，减小孔口面积f0。对于图（f）所 示的条缝形风口，试验表明，当孔口面积与送风管断面 积之比f0/F<0.4时，始端和末端出口流速的相对误差在 10%以内，可近似认为是均匀分布的。

解：查附录4，得υ＝14 m/s，
查图8-2得，
Kt
=0.97
Rm0＝7.68 Pa/m
Rm K t Rm0 =0.97×7.68 Pa/m=7.45 Pa/m
第9页/共74页
2. 矩形风管的沿程阻力计算
《全国通用通风管道计算表》和附录4的线算图是按圆形风管得出的，在进行矩形 风管的摩擦阻力计算时，需要把矩形风管断面尺寸折算成与之相当的圆形风管直径， 即当量直径，再由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。
动压、静压和全压
根据能量守恒定律，可以写出空气在管道内流动时不同断面间的能 量方程（伯努利方程）。
Pj1
12
2
Z1 g
Pj 2
22
2
Z 2 g
P12
1
Pj1
12
2
Pj 2
22
2
P12
我们可以利用上式对任一通风第空23调页系/共统74的页压力分布进行分析
2
Z2
Z1
风管内空气压力的分布 把一套通风除尘系统内气流的动压、静压和全压的变化表示在以相对压力为纵坐
1）密度和粘度的修正
Rm Rm0 ( 0 )0.91( 0 )0.1
2）空气温度和大气压力的修正
Kt
273
20
0.825
273 t
Rm Kt K BRm0
K B (B 101 .3)0.9
3）管壁粗糙度的修正
Rm K r Rm0
第8页/共74页
[例8-1]
有一通风系统，采用薄钢板圆形风管（ K = 0.15 mm），已知风量L＝3600 m2/h（1 m3/s）。管径D＝300 mm，空气温度t＝30℃。求风管管内空气流速和单位长度摩擦阻 力。

但三通的特征是它的流量前后有变化因此三通局部阻力系数不仅与几何形状有关而且与流量三通有两个支管所以有两个局部阻力系数除特别注明对应各自的动压头外一般都对应总压头
第七章 空调系统的风道 设计
第一节 风道内空气流动阻力； 第二节 风道内的压力分布； 第三节 风道的水力计算； 第四节 均匀送风管道的设计计算；
P219 例7-1
有一薄钢板风道断面尺寸为500mm×400mm， 风量L=3600m3/h,求单位长度摩擦阻力Rm.粗糙 度K=0.15mm.
解 矩形风道内空气流速为：
v L 3 6 0 0 5 m /s 3 6 0 0 F3 6 0 0 0 .5 0 .4
矩形风道的流速当量直径Dv：
式中的单位长度摩擦阻力可查线解图，局部 阻力系数可查附录7-1。
第二节 风道内的压力分布
风道内的压力是指风道内空气所具有的全压。全压包 括动压和静压两部分。即：
pq pd pj
式中pq,pd和pj分别为全压、动压和静压。空气在流动 过程中要损失能量，所以风道内的空气总是从全压高 的地方流向全压低的地方，即全压随着流动过程在变 化。同时，当风道的过流断面或流量发生变化时，会 引起动压和静压之间的相互转化。因此在整个风道系 统中，形成了压力分布。
若按水力粗糙管推导，得到：
DL=1.265
a3b3
0.2
ab
若按水力光滑管推导，得到：
a3b3
0.21
DL=1.31(ab)1.25
在运用当量直径时，有两点需要注意。
第一，当量直径概念用于紊流流动是合适的， 用于层流则会产生较大误差。条缝行风道运用 当量直径时也会产生较大误差。
第二，在利用线算图查摩擦阻力时，一定要注 意对应关系。如采用Dv时，必须用矩形风道中 流速去查，如采用Dl时，必须用矩形风道中流 量去查。但是，无论用哪种当量直径去查，其 单位长度摩擦阻力Rm都是相等的。