第8章-通风管道系统的设计计算课件.ppt

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1、8.1 8.1 风管内气体流动的流态和阻力风管内气体流动的流态和阻力8.2 8.2 风管内的压力分布风管内的压力分布8.3 8.3 通风管道的水力计算通风管道的水力计算8.4 8.4 均匀送风管道设计计算均匀送风管道设计计算8.5 8.5 通风管道设计中的常见问题及其处理措施通风管道设计中的常见问题及其处理措施8.6 8.6 气力输送系统的管道设计计算气力输送系统的管道设计计算第第8章章 通风管道系统的设计计算通风管道系统的设计计算主要内容：主要内容：掌握风管内气体流动的流态和阻力掌握风管内气体流动的流态和阻力;熟悉风管内的压力分布熟悉风管内的压力分布;掌握通风管道的设计计算掌握通风管道的设计

2、计算;熟悉通风管道的设计选型熟悉通风管道的设计选型.重点及难点重点及难点 风管内的压力分布风管内的压力分布;掌握通风管道的设计计算掌握通风管道的设计计算.定义：定义：把符合卫生标准的新鲜空气输送到室内各需要地点，把室把符合卫生标准的新鲜空气输送到室内各需要地点，把室内局部地区或设备散发的污浊、有害气体直接排送到室外或经净化内局部地区或设备散发的污浊、有害气体直接排送到室外或经净化处理后排送到室外的管道。处理后排送到室外的管道。概概概概 述述述述分类：分类：包括通风除尘管道、空调管道等。包括通风除尘管道、空调管道等。作用：作用：把通风进风口、空气的热、湿及净化处理设备、送把通风进风口、空气的热、

3、湿及净化处理设备、送(排排)风风口、部件和风机连成一个整体，使之有效运转。口、部件和风机连成一个整体，使之有效运转。设计内容：设计内容：风管及其部件的布置；管径的确定；管内气体流动时风管及其部件的布置；管径的确定；管内气体流动时能量损耗的计算；风机和电动机功率的选择。能量损耗的计算；风机和电动机功率的选择。设计目标：设计目标：在满足工艺设计要求和保证使用效果的前提下，合理在满足工艺设计要求和保证使用效果的前提下，合理地组织空气流动，使系统的初投资和日常运行维护费用最优。地组织空气流动，使系统的初投资和日常运行维护费用最优。8.1 8.1 风管内气体流动的流态和阻力风管内气体流动的流态和阻力风管

4、内气体流动的流态和阻力风管内气体流动的流态和阻力8.1.1 两种流态及其判别分析两种流态及其判别分析 流体在管道内流动时可以分为层流、紊流。流体在管道内流动时可以分为层流、紊流。雷诺数既能判别流体在风道中流动时的流动状态，又是计算风雷诺数既能判别流体在风道中流动时的流动状态，又是计算风道摩擦阻力系数的基本参数。道摩擦阻力系数的基本参数。在通风与空调工程中，雷诺数通常用右式表示：在通风与空调工程中，雷诺数通常用右式表示：在通风和空调管道系统中，一般雷诺数都大于在通风和空调管道系统中，一般雷诺数都大于4000，因，因此薄钢板风管的空气流动状态大多属于紊流光滑区到粗糙区之此薄钢板风管的空气流动状态大

5、多属于紊流光滑区到粗糙区之间的过渡区和紊流粗糙区。通常，高速风管的空气流动状态也间的过渡区和紊流粗糙区。通常，高速风管的空气流动状态也处于过渡区。只有直径很小表面粗糙度很大的砖、混凝土风管处于过渡区。只有直径很小表面粗糙度很大的砖、混凝土风管的空气流动状态才属于粗糙区。的空气流动状态才属于粗糙区。8.1.2 8.1.2 风管内空气流动的阻力风管内空气流动的阻力l产生阻力的原因：产生阻力的原因：空气在风管内流动产生阻力是因为空气是具有粘滞性的实空气在风管内流动产生阻力是因为空气是具有粘滞性的实际流体，在运动过程中要克服内部相对运动出现的摩擦阻力以际流体，在运动过程中要克服内部相对运动出现的摩擦阻

6、力以及风管材料内表面的粗糙程度对气体的阻滞作用和扰动作用。及风管材料内表面的粗糙程度对气体的阻滞作用和扰动作用。l阻力的分类：阻力的分类：风管内空气流动的阻力有两种。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引起一种是由于空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而引起的沿程能量损失，称为摩擦阻力或沿程阻力；的沿程能量损失，称为摩擦阻力或沿程阻力；一种是空气在流经各种管件或设备时，由于速度大小或方一种是空气在流经各种管件或设备时，由于速度大小或方向的变化以及由此产生的涡流造成的比较集中的能量损失，称向的变化以及由此产生的涡流造成的比较集中的能量损失，称为局部阻力。为局部

7、阻力。1 1 沿程阻力沿程阻力沿程阻力沿程阻力 空气在任意横断面形状不变的管道中流动时，根据流体力学原空气在任意横断面形状不变的管道中流动时，根据流体力学原理，它的沿程阻力可以按下式确定：理，它的沿程阻力可以按下式确定：对于圆形截面风管，其阻力由下式计算：对于圆形截面风管，其阻力由下式计算：单位长度的摩擦阻力又称比摩阻。对于圆形风管，由上单位长度的摩擦阻力又称比摩阻。对于圆形风管，由上式可知其比摩阻为：式可知其比摩阻为：（1）圆形风管的沿程阻力计算）圆形风管的沿程阻力计算摩擦阻力系数摩擦阻力系数与管内流态和风管管壁的粗糙度与管内流态和风管管壁的粗糙度K/D有关有关图图8-1 摩擦阻力系数摩擦阻

8、力系数随雷诺数和相对粗糙度的变化随雷诺数和相对粗糙度的变化 有关过渡区的摩擦阻力系数计算公式很多，我国编制有关过渡区的摩擦阻力系数计算公式很多，我国编制的的全国通用通风管道计算表全国通用通风管道计算表采用该公式：采用该公式：附录附录4所示的通风管道单位长度摩擦阻力线算图，可供计算所示的通风管道单位长度摩擦阻力线算图，可供计算管道阻力时使用。运用线算图或计算表，只要已知流量、管管道阻力时使用。运用线算图或计算表，只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，即可求得其余两个径、流速、阻力四个参数中的任意两个，即可求得其余两个参数。参数。附录附录4 通风管道单通风管道单位长度摩擦阻力线位长度

9、摩擦阻力线算图算图 需要说明的是，附录需要说明的是，附录4的线算图是是按过渡区的的线算图是是按过渡区的 值，在压力值，在压力B0=101.3kPa、温度、温度t0=200、空气密度、空气密度 0=1.24kg/m3、运动粘度、运动粘度=15.0610-6m2/s、壁粗糙度、壁粗糙度K=0.15mm、圆形风管、气流与管壁、圆形风管、气流与管壁间无热量交换等条件下得的。当实际条件与上述不符时，应进行间无热量交换等条件下得的。当实际条件与上述不符时，应进行修正。修正。1 1）密度和粘度的修正）密度和粘度的修正 2 2）空气温度和大气压力的修正）空气温度和大气压力的修正 3 3）管壁粗糙度的修正）管壁

10、粗糙度的修正 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（K=0.15 mm），），已知风量已知风量L3600 m2/h（1 m3/s）。管径）。管径D300 mm，空气，空气温度温度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。=0.97解：查附录解：查附录4，得，得14 m/s，7.68 Pa/m 查图查图8-2得，得，=0.977.68 Pa/m=7.45 Pa/m 例例例例8-18-12.2.2.2.矩形风管的沿程阻力计算矩形风管的沿程阻力计算矩形风管的沿程阻力计算矩形风管的沿程阻力计算 全国通用通风管道计算表全国通用通风管

11、道计算表和附录和附录4 4的线算图是按圆形风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，即管断面尺寸折算成与之相当的圆形风管直径，即当量直径当量直径，再，再由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。所谓所谓“当量直径当量直径”，就是与矩形风管有相同单位长度摩擦阻，就是与矩形风管有相同单位长度摩擦阻力的圆形风管直径，它有流速当量直径和流量当量直径两种。力的圆形风管直径，它有流速当量直径和流量当量直径两种。假设某一圆形风管中的空气流速与矩形风管中的

12、空气流速相等，假设某一圆形风管中的空气流速与矩形风管中的空气流速相等，并且两者的单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为并且两者的单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为此矩形风管的流速当量直径，以此矩形风管的流速当量直径，以 表示。表示。（1 1）流速当量直径）流速当量直径 称为边长称为边长a ab b的矩形风管的流速当量直径。如果矩形风管内的的矩形风管的流速当量直径。如果矩形风管内的流速与管径为流速与管径为D D的圆形风管内的流速相同，两者的单位长度摩擦阻的圆形风管内的流速相同，两者的单位长度摩擦阻力也相等。因此，根据矩形风管的流速当量直径和实际流速，由附力也相等。因此，根

13、据矩形风管的流速当量直径和实际流速，由附录录4 4可以查得矩形风管的单位长度摩擦阻力。可以查得矩形风管的单位长度摩擦阻力。圆形风管的水力半径圆形风管的水力半径流速当量直径推导流速当量直径推导流速当量直径推导流速当量直径推导矩形风管的水力半径矩形风管的水力半径 设某一圆形风管中的空气流量与矩形风管的空气流量相等，设某一圆形风管中的空气流量与矩形风管的空气流量相等，并且单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为此矩并且单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为此矩形风管的流量当量直径，以形风管的流量当量直径，以D DL L表示。根据推导流量当量直径可近表示。根据推导流量当量直径可近似按

14、下式计算。似按下式计算。以流量当量直径以流量当量直径D DL L和矩形风管的流量和矩形风管的流量L L，查附录，查附录4 4所得的单位长所得的单位长度摩擦阻力，即为矩形风管的单位长度摩擦阻力。度摩擦阻力，即为矩形风管的单位长度摩擦阻力。必须指出，利用当量直径求矩形风管的阻力，要注意其对应必须指出，利用当量直径求矩形风管的阻力，要注意其对应关系：采用流速当量直径时，必须用矩形风管中的空气流速去查关系：采用流速当量直径时，必须用矩形风管中的空气流速去查出阻力；采用流量当量直径时，必须用矩形风管中的空气流量去出阻力；采用流量当量直径时，必须用矩形风管中的空气流量去查出阻力。用两种方法求得的矩形风管单

15、位长度摩擦阻力是相等查出阻力。用两种方法求得的矩形风管单位长度摩擦阻力是相等的。的。（2 2）流量当量直径）流量当量直径解解 矩道矩道风风道内空气流速道内空气流速1）根据矩形）根据矩形风风管的流速当量直径管的流速当量直径Dv和和实际实际流速流速V，求矩形，求矩形风风管管的的单单位位长长度摩擦阻力。度摩擦阻力。有一表面光滑的砖砌风道（K=3mm），横断面尺寸为500mm 400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求单位长度摩阻力。例例例例8-2 8-2 由由V=5m/s、Dv=444mm查图查图得得Rm0=0.62Pa/m2002001.01.00.010.010.10.1100100

16、4004004000 4000 管径管径管径管径404035351 180 80 流速流速流速流速30304444445 50.620.62R Rmm(Pa/m)(Pa/m)空气量空气量空气量空气量mm3 3/s/s450450粗糙度修正系数粗糙度修正系数Kr=1.3m/s由由L=1m3/s、DL=493mm查查图得图得Rm0=0.61Pa/mRm=KrRm0=0.793Pa/m2 2）用流量当量直径求矩形风管）用流量当量直径求矩形风管单位长度摩擦阻力。单位长度摩擦阻力。单位长度摩擦阻力。单位长度摩擦阻力。矩形风道的流量当量直径矩形风道的流量当量直径矩形风道的流量当量直径矩形风道的流量当量直径

17、0.010.011.01.02002002002001.01.00.010.010.10.110010040040040004000管径管径管径管径404035351 18080流速流速流速流速30304934935 50.610.61R RmmPa/mPa/m空气量空气量空气量空气量mm3 3/s/s()()()()0.60.20.60.21.270.4 0.51.270.4 0.50.493LabDa bm=+=+=2 2 局部阻力局部阻力局部阻力局部阻力 一般情况下，通风除尘、空气调节和气力输送管道都要安装一般情况下，通风除尘、空气调节和气力输送管道都要安装一些诸如断面变化的管件一些诸如

18、断面变化的管件(如各种变径管、变形管、风管进出口、如各种变径管、变形管、风管进出口、阀门阀门)、流向变化的管件（弯头）和流量变化的管件、流向变化的管件（弯头）和流量变化的管件(如三通、四如三通、四通、风管的侧面送、排风口通、风管的侧面送、排风口)，用以控制和调节管内的气流流动。，用以控制和调节管内的气流流动。流体经过这些管件时，由于边壁或流量的变化，均匀流在这流体经过这些管件时，由于边壁或流量的变化，均匀流在这一局部地区遭到破坏，引起流速的大小，方向或分布的变化，或一局部地区遭到破坏，引起流速的大小，方向或分布的变化，或者气流的合流与分流，使得气流中出现涡流区，由此产生了局部者气流的合流与分流

19、，使得气流中出现涡流区，由此产生了局部损失。损失。多数局部阻力的计算还不能从理论上解决，必须借助于由实验多数局部阻力的计算还不能从理论上解决，必须借助于由实验得来的经验公式或系数。局部阻力一般按下面公式确定：得来的经验公式或系数。局部阻力一般按下面公式确定：局部阻力系数也不能从理论上求得，一般用实验方法确定。局部阻力系数也不能从理论上求得，一般用实验方法确定。在附录在附录5 5中列出了部分常见管件的局部阻力系数。中列出了部分常见管件的局部阻力系数。由于通风、空调系统中空气的流动都处于自模区，局部阻由于通风、空调系统中空气的流动都处于自模区，局部阻力系数力系数只取决于管件的形状，一般不考虑相对粗

20、糙度和雷诺只取决于管件的形状，一般不考虑相对粗糙度和雷诺数的影响。数的影响。局部阻力在通风、空调系统中占有较大的比例，在设计时应局部阻力在通风、空调系统中占有较大的比例，在设计时应加以注意。减小局部阻力的着眼点在于防止或推迟气流与壁面的加以注意。减小局部阻力的着眼点在于防止或推迟气流与壁面的分离，避免漩涡区的产生或减小漩涡区的大小和强度。分离，避免漩涡区的产生或减小漩涡区的大小和强度。减小局部阻力的措施减小局部阻力的措施减小局部阻力的措施减小局部阻力的措施 当气流流经渐扩管和渐扩管或异形管时，由于管道断面的突然当气流流经渐扩管和渐扩管或异形管时，由于管道断面的突然变化使气流产生冲击，周围出现涡

21、流区，造成局部阻力。扩散角大变化使气流产生冲击，周围出现涡流区，造成局部阻力。扩散角大的渐扩管局部阻力系数也较大，尽量避免风管断面的突然变化，用的渐扩管局部阻力系数也较大，尽量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，中心角渐缩或渐扩管代替突然缩小或突然扩大，中心角最好在最好在8 81010，不要超过不要超过4545。下图给出了渐扩和渐缩管件连接的优劣比较。下图给出了渐扩和渐缩管件连接的优劣比较。（1）渐扩管和渐扩管渐扩管和渐扩管几种常见的局部阻力产生的类型：、突变 紊流通过突变部分时，由于惯性作用，出现主流与边壁脱离的现象，在主流与边壁之间形成涡漩区，从而增加能量损失。、

22、渐变 主要是由于沿流动方向出现减速增压现象，在边壁附近产生涡漩。因为 V hv p ，压差的作用方向与流动方向相反，使边壁附近，流速本来就小，趋于0,在这些地方主流与边壁面脱离，出现与主流相反的流动，面涡漩。、转弯处 流体质点在转弯处受到离心力作用，在外侧出现减速增压，出现涡漩。、分岔与会合 上述的综合。局部阻力的产生主要是与涡漩区有关，涡漩区愈大，能量损失愈多，局部阻力愈大。5风流分叉与汇合1)风流分叉 典型的分叉巷道如图所示，12段的局部阻力hl2和13段的局部阻力hl3分别用下式计算：2)风流汇合 如图所示，13段和23段的局部阻力hl3、hl23分别按下式计算：式中：1223123（2

23、）三通三通 三通内流速不同的两股气流汇合时的碰撞，以及气流速度改三通内流速不同的两股气流汇合时的碰撞，以及气流速度改变时形成涡流是造成局部阻力的原因。两股气流在汇合过程中的变时形成涡流是造成局部阻力的原因。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。能量损失一般是不相同的，它们的局部阻力应分别计算。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，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

24、。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，不可能同时为同理，直管的局部阻力有时也会出现负值。但是，不可能同时为负值。负值。三通的局部阻力大小，取决于三通断面的形状、分支管中心夹三通的局部阻力大小，取决于三通断面的形状、分支管中心夹角、支管与总管的截面积比、支管与总管的流量比以及三通的使角、支管与总管的截面积比、支管与总管的流量比以及三通的使用情况用情况(用作分流还是合流用作分流还是合流)。图8-4 三通支管和干管的连接 布置管道时，应尽量取直线，减少弯管，或者用弧弯代替直角布置管道时，应尽量取直线，减少弯管，或者用弧弯代替直角弯。弯

25、管的阻力系数在一定范围内随曲率半径的增大而减小，圆形弯。弯管的阻力系数在一定范围内随曲率半径的增大而减小，圆形风管弯管的曲率半径一般应大于风管弯管的曲率半径一般应大于1 12 2倍管径（见图倍管径（见图8-58-5）；矩形风管）；矩形风管弯管断面的长宽比弯管断面的长宽比(B/A)(B/A)愈大，阻力愈小，见图愈大，阻力愈小，见图8-68-6，其曲率半径一，其曲率半径一般为当量直径的般为当量直径的6 61212倍。对于断面大的弯管，可在弯管内部布置一倍。对于断面大的弯管，可在弯管内部布置一组导流叶片，见图组导流叶片，见图8-78-7，以减小漩涡区和二次流，降低弯管的阻力系，以减小漩涡区和二次流，

26、降低弯管的阻力系数。数。（3）弯管）弯管图图8-5 8-5 圆形风管弯头圆形风管弯头图图8-6 8-6 矩形风管弯头矩形风管弯头图图8-7 8-7 设有设有导流片的直导流片的直角弯头角弯头 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。气流从风管出口排出时，其在排出前所具有的能量全成局部阻力。气流从风管出口排出时，其在排出前所具有的能量全都损失。当出口处无阻挡时，此能量损失在数值上等于出口动压，都损失。当出口处无阻挡时，此能量损失在数值上等于出口动压，当有阻挡当有阻挡(如风帽、网格、百叶如风帽、网格、百叶)时，能量损失将

27、大于出口动压，局时，能量损失将大于出口动压，局部阻力系数会大于部阻力系数会大于1 1。因此，只有与局部阻力系数大于。因此，只有与局部阻力系数大于1 1的部分相应的部分相应的阻力才是出口局部阻力的阻力才是出口局部阻力(即阻挡造成即阻挡造成)，等于，等于1 1的部分是出口动压的部分是出口动压损失。对于不同的进口形式，局部阻力相差较大。损失。对于不同的进口形式，局部阻力相差较大。（4）管道进出口管道进出口图图8-8 8-8 风管进出口阻力风管进出口阻力 管道与风机的连接应当保证气流在进出风机时均匀分布，避管道与风机的连接应当保证气流在进出风机时均匀分布，避免发生流向和流速的突然变化，避免在接管处产生

28、局部涡流。为免发生流向和流速的突然变化，避免在接管处产生局部涡流。为了使风机正常运行，减少不必要的阻力，了使风机正常运行，减少不必要的阻力，最好使连接风机的风管最好使连接风机的风管管径与风机的进、出口尺寸大致相同管径与风机的进、出口尺寸大致相同。如果在风机的吸入口安装多叶形或插板式阀门时，最好将其如果在风机的吸入口安装多叶形或插板式阀门时，最好将其设置在离风机进口至少设置在离风机进口至少5 5倍于风管直径的地方，避免由于吸入口处倍于风管直径的地方，避免由于吸入口处气流的涡流影响风机效率。在风机的出口处避免安装阀门，连接气流的涡流影响风机效率。在风机的出口处避免安装阀门，连接风机出口的风管最好用

29、一段直管。如果受到安装位置的限制，需风机出口的风管最好用一段直管。如果受到安装位置的限制，需要在风机出口处直接安装弯管时，弯管的转向应与风机叶轮的旋要在风机出口处直接安装弯管时，弯管的转向应与风机叶轮的旋转方向一致。图转方向一致。图8-98-9给出了进出口管道连接的优劣比较。给出了进出口管道连接的优劣比较。（5）管道和风机的连接管道和风机的连接图图8-9 8-9 风机进出口管道连接风机进出口管道连接8.2 8.2 8.2 8.2 风管内的压力分布风管内的压力分布风管内的压力分布风管内的压力分布8.2.1 8.2.1 动压、静压和全压动压、静压和全压 空气在风管中流动时，由于风管阻力和流速变化，

30、空气的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。分析的原理是风流的能量方程和静压、动压力是不断变化的。分析的原理是风流的能量方程和静压、动压与全压的关系式。压与全压的关系式。Z Z Z Z2 2 2 2Z Z Z Z1 1 1 11 1 1 12 2 2 2根据能量守恒定律，可以写出空气在管道内流动根据能量守恒定律，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）。时不同断面间的能量方程（伯努利方程）。我们可以利用上式对任一通风空调系统的压力分布进行分析我们可以利用上式对任一通风空调系统的压力分布进行分析8.2.2 8.2.2 风管内空气压力的分布风管内空

31、气压力的分布设有图设有图8-108-10所示的通风系统，空气进出口都有局部阻力。分析所示的通风系统，空气进出口都有局部阻力。分析该系统风管内的压力分布。该系统风管内的压力分布。断面断面1 1：列出空气入口外和入口列出空气入口外和入口(点点1)1)断面的能量方程式：断面的能量方程式：因因大气压力大气压力0 0，故，故式中式中 空气入口处的局部阻力；空气入口处的局部阻力；管段管段1-21-2的动压。的动压。上式表明，点上式表明，点1 1处的全压和静压均比大气压低。静压降的一部处的全压和静压均比大气压低。静压降的一部分转化为动压，另一部分消耗在克服入口的局部阻力分转化为动压，另一部分消耗在克服入口的

32、局部阻力.下面确定各断面的压力：下面确定各断面的压力：（1 1）吸入管段）吸入管段断面断面2 2：则则 式中式中 管段管段1-21-2的比摩阻；的比摩阻；突然扩大的局部阻力。突然扩大的局部阻力。由于由于1 12 2管段管径不变，所以管段管径不变，所以其他均匀管段类同。其他均匀管段类同。断面断面3 3：断面断面4 4：断面断面5(5(风机进口风机进口)：式中 渐缩管的局部阻力。式中 风机进口处弯头的局部阻力。式中式中 风管出口处空气流速；风管出口处空气流速；风管出口处局部阻力；风管出口处局部阻力；风管出口处局部阻力系数；风管出口处局部阻力系数；包括出口动压损失在内的出口局部阻力系数，即一包括出口

33、动压损失在内的出口局部阻力系数，即一 般所指的端点局部阻力系数，般所指的端点局部阻力系数，断面断面12(12(风管出口风管出口)：（2 2）压出管段）压出管段式中式中 式中式中 式中式中 断面断面11：断面断面10：渐扩管的局部阻力。渐扩管的局部阻力。渐缩管的局部阻力。渐缩管的局部阻力。三通直管的局部阻力。三通直管的局部阻力。断面断面9：断面断面8：断面断面7：断面断面6(风机出口风机出口)：式中式中 风机出口渐扩管的局部阻力。风机出口渐扩管的局部阻力。在断面在断面8处有一三通分支管段，总气流有一部分分流到分支管处有一三通分支管段，总气流有一部分分流到分支管内。为了表示分支管内。为了表示分支管

34、8-13的压力分布。过的压力分布。过 引平行于支管引平行于支管8-13轴线的轴线的 线作为基准线，用上述同样方法求出此线作为基准线，用上述同样方法求出此支管的全压值。因为断面支管的全压值。因为断面8是分支管与直通管的共同断面，它是分支管与直通管的共同断面，它们的压力线必定要在此汇合，即压力的大小相等，所以作用在们的压力线必定要在此汇合，即压力的大小相等，所以作用在分支管上的压力就是断面分支管上的压力就是断面8处直通管的全压值。处直通管的全压值。把上述各个断面全压值、静压值的标注点连接起来即为全压、静压分把上述各个断面全压值、静压值的标注点连接起来即为全压、静压分布线。从图布线。从图8-10可看

35、出空气在管内的流动规律为：可看出空气在管内的流动规律为：（1）风机的风压等于风机进、出口的全压差，或者说等于风管的阻力）风机的风压等于风机进、出口的全压差，或者说等于风管的阻力及出口动压损失之和，即等于风管总阻力。可用下式表示：及出口动压损失之和，即等于风管总阻力。可用下式表示：（2 2）各并联支路的阻力总是互相平衡的。如果在设计中没能使各支路）各并联支路的阻力总是互相平衡的。如果在设计中没能使各支路阻力平衡，则在系统实际运行时，各支路会按其阻力特性自动平衡，改阻力平衡，则在系统实际运行时，各支路会按其阻力特性自动平衡，改变预定的风量分配，使排风罩处抽风量达不到设计要求。变预定的风量分配，使排

36、风罩处抽风量达不到设计要求。（3 3）风机吸入段的全压和静压均为负值，在风机入口负压最大；风机）风机吸入段的全压和静压均为负值，在风机入口负压最大；风机压出段的全压和静压一般情况下均是正值，在风机出口正压最大。因此，压出段的全压和静压一般情况下均是正值，在风机出口正压最大。因此，在管道系统中若某处有漏洞或风管连接不严密，就会有气体漏入或逸出，在管道系统中若某处有漏洞或风管连接不严密，就会有气体漏入或逸出，影响风量分配或造成粉尘和有害气体向外泄漏。影响风量分配或造成粉尘和有害气体向外泄漏。（4 4）压出段上点）压出段上点1010的静压出现负值是由于断面的静压出现负值是由于断面1010收缩得很小，

37、使流速收缩得很小，使流速大大增加，当动压大于全压时，该处的静压出现负值。如果风管在此处大大增加，当动压大于全压时，该处的静压出现负值。如果风管在此处开孔，即使是压出管段也会将管外空气吸入。开孔，即使是压出管段也会将管外空气吸入。8.3 8.3 通风管道的水力计算通风管道的水力计算通风管道的水力计算通风管道的水力计算8.3.1 8.3.1 风道设计的内容及原则风道设计的内容及原则1.1.设计计算设计计算 通风、空调工程中，在已知系统和设备布置、通风通风、空调工程中，在已知系统和设备布置、通风量的情况下，设计计算的目的就是经济合理地选择风管材料，确定量的情况下，设计计算的目的就是经济合理地选择风管

38、材料，确定各段风管的断面尺寸和阻力，在保证系统达到要求的风量分配的前各段风管的断面尺寸和阻力，在保证系统达到要求的风量分配的前提下选择合适的风机型号和电机功率。提下选择合适的风机型号和电机功率。2.2.校核计算校核计算 通风、空调工程中，当已知系统和风管断面尺寸，通风、空调工程中，当已知系统和风管断面尺寸，或者通风量发生变化时，校核风机是否能满足工艺要求，以及采用或者通风量发生变化时，校核风机是否能满足工艺要求，以及采用该风机时，其动力消耗是否合理。该风机时，其动力消耗是否合理。风道设计时必须遵循以下的原则：风道设计时必须遵循以下的原则：（1 1）系统要简洁、灵活、可靠；便于安装、调节、控制与

39、维修。）系统要简洁、灵活、可靠；便于安装、调节、控制与维修。（2 2）断面尺寸要标准化。）断面尺寸要标准化。（3 3）断面形状要与建筑结构相配合，使其完美统一。）断面形状要与建筑结构相配合，使其完美统一。8.3.2 8.3.2 风道设计的方法风道设计的方法 这一方法是以单位长度风管具有相等的阻力为前提的。计算步这一方法是以单位长度风管具有相等的阻力为前提的。计算步骤是：将已知的总风压按干管长度平均分配给每一管段，再根据每骤是：将已知的总风压按干管长度平均分配给每一管段，再根据每一管段的风量和分配到的风压确定风管断面尺寸。在管网系统所用一管段的风量和分配到的风压确定风管断面尺寸。在管网系统所用的

40、风机风压已定时，采用等压损法是比较方便的。对于大的通风系的风机风压已定时，采用等压损法是比较方便的。对于大的通风系统可利用压损平均法进行支管的压力平衡。统可利用压损平均法进行支管的压力平衡。风管水力计算方法有假定流速法、压损平均法和静压复得法风管水力计算方法有假定流速法、压损平均法和静压复得法等几种，目前常用的是假定流速法。等几种，目前常用的是假定流速法。1.1.压损平均法压损平均法 该法原理是在管道的分支处该法原理是在管道的分支处,由于分流使流速降低由于分流使流速降低,根据静压与根据静压与动压的转换原理动压的转换原理,流速降低流速降低,使风管分支处复得一定的静压使风管分支处复得一定的静压,令

41、此复令此复得静压等于该管段的阻力得静压等于该管段的阻力.由此即可求得管道的直径由此即可求得管道的直径.此法适用于高此法适用于高速空调系统的水力计算。速空调系统的水力计算。2.2.静压复得法静压复得法 该方法的特点是，先按技术经济要求选定风管的流速，再根据该方法的特点是，先按技术经济要求选定风管的流速，再根据风管的风量确定风管的断面尺寸和阻力，然后对各支路的压力损失风管的风量确定风管的断面尺寸和阻力，然后对各支路的压力损失进行调整，使其平衡。这是目前最常用的计算方法。进行调整，使其平衡。这是目前最常用的计算方法。3.3.假定流速法假定流速法 该法的原理是以管道投资费用与运行费用总和最低作为目标函

42、该法的原理是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,它对于它对于降低通风系统的能耗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。提高管网风平衡精度具有重要的意义。4.4.优化设计法优化设计法8.3.3 风道设计的步骤风道设计的步骤 标出设备和局部管件的位置，对各管段进行编号（以风量和标出设备和局部管件的位置，对各管段进行编号（以风量和风向不变为原则把通风系统分成若干个单独管段，一般从距风机风向不变为原则把通风系统分成若干个单独管段，一般从距风机最远的一段管件由远而近顺序编号），标注各

43、管段长度（一般按最远的一段管件由远而近顺序编号），标注各管段长度（一般按两管件间中心线长度计算，不扣除管件本身的长度）和风量。两管件间中心线长度计算，不扣除管件本身的长度）和风量。以假定流速法为例介绍风管水力计算的步骤。以假定流速法为例介绍风管水力计算的步骤。（1）绘制通风或空调系统轴测图）绘制通风或空调系统轴测图（2）确定合理的空气流速）确定合理的空气流速需要说明的是，确定风管断面尺寸时，应采用通风管道统一规格，需要说明的是，确定风管断面尺寸时，应采用通风管道统一规格，以利于工业化加工制作。风管断面尺寸确定后，应按管内实际流以利于工业化加工制作。风管断面尺寸确定后，应按管内实际流速计算最不利

44、环路的摩擦阻力和局部阻力。速计算最不利环路的摩擦阻力和局部阻力。（3）根据各管段的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸，计）根据各管段的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸，计算最不利环路的摩擦阻力和局部阻力算最不利环路的摩擦阻力和局部阻力（4）并联管路的阻力计算）并联管路的阻力计算 按分支节点阻力平衡的原则确定并联管路（或支风管）的断按分支节点阻力平衡的原则确定并联管路（或支风管）的断面尺寸。要求两分支管的阻力不平衡率：对一般的通风系统，应面尺寸。要求两分支管的阻力不平衡率：对一般的通风系统，应小于小于1515，除尘系统应小于，除尘系统应小于1010。当并联管路阻力差超过上述规定的要求时，可

45、采取下列方法调当并联管路阻力差超过上述规定的要求时，可采取下列方法调整阻力使其平衡。整阻力使其平衡。1)调整支管管径调整支管管径通过改变支管管径来改变支管的阻力，达到阻力平衡。调整后通过改变支管管径来改变支管的阻力，达到阻力平衡。调整后的管径按下式计算：的管径按下式计算：采用本方法时不宜改变三通支管的管径，可以在三通支管上增设采用本方法时不宜改变三通支管的管径，可以在三通支管上增设一段渐扩（缩）管，以免引起三通支管和直管局部阻力的变化。一段渐扩（缩）管，以免引起三通支管和直管局部阻力的变化。当两支管的阻力相差不大时，例如在当两支管的阻力相差不大时，例如在2020以内，可不改变支管管以内，可不改

46、变支管管径，将阻力小的那段支管的流量适当加大，达到阻力平街。增大后径，将阻力小的那段支管的流量适当加大，达到阻力平街。增大后的风量按下式计算：的风量按下式计算：2)增大风量增大风量 采用本方法会引起后面干管内的流量相应增大，阻力也随之增采用本方法会引起后面干管内的流量相应增大，阻力也随之增大；同时风机的风量和风压也会相应增大。大；同时风机的风量和风压也会相应增大。通过改变阀门开度，或者增加阀门个数来调节管道阻力，通过改变阀门开度，或者增加阀门个数来调节管道阻力，是最常用的一种增加局部阻力的方法。这种方法虽然简单易行，是最常用的一种增加局部阻力的方法。这种方法虽然简单易行，不需严格计算，但是对某

47、一支管进行阀门调节，会影响整个系不需严格计算，但是对某一支管进行阀门调节，会影响整个系统的压力分布。要经过反复调节才能使各支管的风量分配达到统的压力分布。要经过反复调节才能使各支管的风量分配达到设计要求。对于除尘系统还要防止在阀门附近积尘，引起管道设计要求。对于除尘系统还要防止在阀门附近积尘，引起管道阻塞。另外还可以通过增设阻力圈等调整阻力的装置进行调节。阻塞。另外还可以通过增设阻力圈等调整阻力的装置进行调节。3）增加支管局部压力损失）增加支管局部压力损失最不利环路的阻力加上空气净化处理装置和其他可能的设备的最不利环路的阻力加上空气净化处理装置和其他可能的设备的阻力为系统的总阻力。阻力为系统的

48、总阻力。（5）计算系统的总阻力）计算系统的总阻力风机选择时需要注意的有关问题：风机选择时需要注意的有关问题：1 1）根据输送气体性质、系统的风量和阻力确定风机的类型。）根据输送气体性质、系统的风量和阻力确定风机的类型。2 2）风机样本或设计手册上的性能参数是在标准状态下得出的。当）风机样本或设计手册上的性能参数是在标准状态下得出的。当实际使用情况不是标准状态时，风机的实际性能会发生变化。因此实际使用情况不是标准状态时，风机的实际性能会发生变化。因此在选择风机时应对风机性能进行换算，再以此参数选择风机。在选择风机时应对风机性能进行换算，再以此参数选择风机。（6）选择风机）选择风机考虑到风管、设备

49、的漏风及阻力计算的不精确，应按下式的风量，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：风压选择风机：7 7l l=3.7m=3.7m风机风机风机风机8 8l l =1 12 2mm6 65 54 43 32 21 19 91010L=5500mL=5500m3 3/h/hL=2700mL=2700m3 3/h/hL=2650mL=2650m3 3/h/hl l=4.2m=4.2ml l=5.5m=5.5ml l=5.5m=5.5ml l =6 6.2 2mm通风除尘系统的系统图通风除尘系统的系统图 例例例例8-8-33l l =5 5.4 4mm除尘器除尘器除尘器除

50、尘器 图图8-11所示为某车间的振动筛除尘系统。所示为某车间的振动筛除尘系统。对该系统进行水力计算，对该系统进行水力计算，确定该系统的风管断面尺寸和阻力并选择风机。确定该系统的风管断面尺寸和阻力并选择风机。解解：(1)(1)对各管段进行编号，标出管段长度和风点的排风量。对各管段进行编号，标出管段长度和风点的排风量。(2)(2)选定最不利环路，本系统选择选定最不利环路，本系统选择1-2-3-4-1-2-3-4-除尘器除尘器-5-6-5-6-风机风机-7-8-7-8为最为最不利环路。不利环路。(3)(3)根据各管段的风量及选定的流速，确定各管段的断面尺寸和单位根据各管段的风量及选定的流速，确定各管