局部阻力系数

工业通风与除尘3空气流动原理工业通风与除尘3空气流动原理3.1空气流动压力3.2空气流动基本方程3.3通风阻力本章复习题工业通风与除尘3.1空气流动压力压力——单位体积空气所具有的能够对外做功的机械能。一、静压1、概念单位面积上力的效应。本课程中，静压即单位面积上受到的垂直作用力。（物理学上的压强）2、特点1）无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力2）风流中任一点的静压各向相同，且垂直作用面3）风流静压的大小反映了单位体积风流所具有的能够对外做功的静压能的多少。工业通风与除尘3、表示方法1）绝对静压p以绝对真空为测算零点（比较基准）而测得的压力2）相对静压（表压力）h以当地当时同标高的大气压力为测算零点（比较基准）而测得的压力。绝对真空当地大气压pAhA(+)p0pBhB(-)3.1空气流动压力工业通风与除尘二、动压1、概念单位体积风流的动能所转化显现的压力。hυ2、动压的计算设某点i的空气密度为ρi，其定向运动的流速即风速为υi，则单位体积空气所具有的动能为Eυi对外所呈现的动压（单位：Pa）2iii21E221iiih3.1空气流动压力工业通风与除尘3、动压的特点1）只有作定向流动的空气才具有动压，即动压具有方向性2）动压总是大于零3）在同一流动断面上，由于风速分布的不均匀性，各点的风速不相等，所以其动压值不相等4）某断面动压即该断面平均风速计算值3.1空气流动压力工业通风与除尘三、位压1、概念单位体积风流对于某基准面而具有的位能。hz2、位压的计算3、位压与静压的关系abPidZiZ12112212012diipZZgEh202101pEpEpp空气静止时，各断面机械能相同3.1空气流动压力单位体积空气在地球引力作用下，由于位置高度不同而具有的一种能量叫位能，用E（J/m3）表示。位能所呈现的压力叫位压，用h（Pa）表示。工业通风与除尘1.位压是相对某一基准面具有的能量，它随所选基准面的变化而变化；2.位压是一种潜在能量，针对某一基准面而言，无法用仪表进行直接测量；3.位压和静压可以相互转化。位压的特点3.1空气流动压力工业通风与除尘四、风流的全压和机械能1、全压风流中某一点的动压与静压之和。式中，pti——风流中i点的绝对全压；pi——风流中i点的绝对静压；hυi——风流中i点的动压。iitihpp3.1空气流动压力工业通风与除尘2、单位体积风流的机械能根据能量概念，单位体积风流的机械能为单位体积风流的静压能、动能和位能之和。从数值上看，单位体积风流的机械能E等于静压、动压和位压之和，或等于全压和位压之和。ztiziihphhpE3.1空气流动压力返回工业通风与除尘3.2空气流动基本方程一、连续性方程质量守恒定律一维流道风流质量连续方程：式中，ρ1、ρ2——流道1、2断面的空气密度，kg/m3；υ1、υ2——流道1、2断面的平均风速，m/s；S1、S2——流道1、2断面的断面积，m2。dSdS222111constSvmiiii质量流量工业通风与除尘情况1：可压缩流体，S1=S2，则空气的密度与其流速成反比。情况2：不可压缩流体，则通过任一断面的体积流量相等，即结论：风道断面上风流的平均流速与过流断面的面积成反比。constSQii3.2空气流动基本方程工业通风与除尘3.2空气流动基本方程二、能量方程1、单位质量可压缩空气在无其他动力源的风道中流动的能量方程的一般形式式中，LR——单位质量空气克服流动阻力消耗的能量，J/kg；式中，hR——单位体积风流克服1、2断面之间的阻力所消耗的能量或压力，J/kg或Pa。22112222112122)(ZZgPPhR1200Z1Z2212221221122)(ZZgPPLRmRRLh从能量观点来说，它表示单位体积风流流经井巷时的能量损失等于第一断面上的总机械能（静压能、动能和位能）与第二断面上的总机械能之差。从压力观点上来说，它表示风流流经井巷的通风阻力等于风流在第一断面上的总压力与第二断面上的总压力之差。工业通风与除尘3.2空气流动基本方程式中，ρm——1、2断面间按状态过程考虑的空气的平均密度；2、若由1断面流至2断面时有其他动力源并产生风压ht，则单位体积空气能量方程为2122212122)(ZZgPPhmmRtmmRhZZgPPh2122212122)(mttLh工业通风与除尘三、单位体积可压缩空气的能量方程使用注意事项1、由于风道断面上风速分布的不均匀性和测量误差，严格来讲，用实际测得的断面平均风速计算出来的断面总动能与断面实际总动能是不相等的，需加动能系数Kυ式中，υl——断面面积S上微小面积dS的风速。注：在实际工业通风应用中，由于动能差项很小，取Kυ=1。SdSdKSSSSlll332221213.2空气流动基本方程工业通风与除尘2、工业通风中，一般其动能差较小，式中可分别用各自断面上的密度来代替，以计算其动能差。3、风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间的变化而变化，所研究的始、末端面要选在缓变流场上4、风流总是从总流量大的地方流向总能量小的地方。5、在始、末端面有压源时，压源的作用方向与风流的方向一致。6、单位质量或单位体积流量的能量方程只适用于1、2断面流量不变的条件。3.2空气流动基本方程返回工业通风与除尘3.3通风阻力通风阻力是当空气沿风道运动时，由于风流的粘滞性和惯性以及风道壁面等对风流的阻滞、扰动作用产生的。数值上等于风流在风道内的能量损失。从产生的原因来分，可以分为摩擦阻力（沿程阻力）和局部阻力。摩擦阻力——由于空气本身的粘滞性及其和风道壁面之间的摩擦而产生的沿程能量损失。局部阻力——空气在流经风道时由于流速的大小或方向的变化及随之产生的涡流造成比较集中的能量损失。工业通风与除尘一、风流流态与风道断面风速分布1、管道风流流态层流（滞流）——流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴平行的方向做层状运动。紊流（湍流）——流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为互相混杂的紊乱流动。3.3通风阻力工业通风与除尘流态判据：——雷诺数式中，υ——气流速度，m/s；D——管道直径，m；ρ——气体密度，kg/m3；μ——气体动力粘度，Pa·s。DRe3.3通风阻力工业通风与除尘非圆管道式中，DH——水力直径；A——过流断面积；f——有效截面的管壁周长。注：Re2300，层流；Re2300，紊流。一般通风系统中，Re105，因此都属于紊流范围。HDRefA4DH3.3通风阻力工业通风与除尘2、风道断面风速分布1）层流情况断面上流速的分布为抛物线规律，中心速度υ0最大，且为平均速度υ的2倍。2）紊流情况流速分布取决于Re的大小。①贴近壁面处存在层流运动薄层，即层流边层。边层厚度随Re的增加而变薄，其存在对流动阻力、传热和传质过程有较大影响。3.3通风阻力工业通风与除尘②层流边层以外，从风道壁面向轴心方向，风速逐渐增大。距管中心处r的流速与管中心（r=0）处的最大流速υ0的比值服从于指数规律。式中，r0——管道半径；n——取决于Re的指数：Re=5104，n=1/7；Re=2105，n=1/8；Re=2106，n=1/10。n00rr13.3通风阻力工业通风与除尘平均风速风速分布系数（速度场系数）注：kυ值与风道粗糙程度有关，风道壁面越光滑，kυ值越大，即断面上风速分布越均匀。注意：条件复杂的风道，最大风速不一定在风道的轴线上，风速分布也不一定具有对称性。SidSS1SQSQmaxk3.3通风阻力工业通风与除尘二、一般管道通风摩擦阻力及计算根据流体力学原理，无论是层流还是紊流，圆形风道的摩擦阻力为：式中，λ——摩擦阻力系数；υ——风道内空气的平均流速，m/s；ρ——空气的密度，kg/m3；L——风道的长度，m；D——圆形风道直径，m。2DLh2r3.3通风阻力工业通风与除尘比摩阻——风道单位长度上的摩擦阻力。1、当量直径流速当量直径、流量当量直径假想一圆形风道中空气流速与非圆风道的空气流速相等，且单位长度摩擦阻力也相等，该圆形风道的直径即非圆风道的流速当量直径。2D1h2b3.3通风阻力工业通风与除尘式中，U——断面周长；S——断面面积；C——断面形状系数（梯形C=4.16，三心拱C=3.85，半圆拱C=3.90）US4DeSCU3.3通风阻力工业通风与除尘2、摩擦阻力系数与风道内空气的流动状态和管壁的粗糙度有关。绝对粗糙度——管壁凹凸不平的平均高度，K相对粗糙度——绝对粗糙度与管径D的比值，K/D1）层流区、层流紊流过渡区、紊流光滑区摩擦阻力系数λ主要与Re有关，与K/D无明显关系Ref3.3通风阻力工业通风与除尘2）紊流光滑区向阻力平方区（紊流粗糙区）的过渡区λ与Re、K/D均有关系。3）阻力平方区（紊流粗糙区）λ只与K/D有关系。Re51.2D71.3Klg213.3通风阻力工业通风与除尘在实际通风系统中，除风道直径很小，表面粗糙的砖、混凝土通风管道外，一般的通风管道内空气的流动状态大多属于紊流光滑区到紊流粗糙区的过渡区。λ值也可以通过一些表格或线算图求得，P35图2-3-2，但当实际条件与图表条件相差较大时，应加以修正。三、阻力平方区通风风道摩擦阻力及计算（自学）Re51.2D71.3Klg213.3通风阻力工业通风与除尘四、局部阻力及其计算在风流运动过程中，由于风道断面、方向变化以及分岔和汇合等原因，使均匀流动在局部地区受到影响而破坏，从而引起风流速度场分布变化和产生涡流等，造成风流的能量损失，这种阻力称为局部阻力。1、局部阻力的成因局部的能量损失主要和涡旋区的存在相关。3.3通风阻力工业通风与除尘局部阻力物附近的风流状况3.3通风阻力工业通风与除尘2、局部阻力的计算由于局部阻力所产生风流速度场分布的变化比较复杂，对局部阻力的计算一般采用经验公式，局部阻力一般也用动压的倍数来表示：式中，ξ——局部阻力系数。2h2l22lS2Qh22SRl2llQRh当通过风道的风量为Q时令则3.3通风阻力工业通风与除尘五、减少通风阻力的措施1、减少通风摩擦阻力的措施1）减少相对粗糙度2）保证有足够大的风道断面3）选用断面周长较小的风道4）减少风道长度5）避免风道内风量过于集中lrhhh3.3通风阻力工业通风与除尘2、减少局部通风阻力的措施1）尽量避免风道断面的突然变化2）风流分叉或汇合处连接合理3）尽量避免风流急转弯4）降低出口流速5）风道与风机连接合理3.3通风阻力返回工业通风与除尘本章复习题1.空气流动的压力有哪几种？各自产生的原因是什么？各有什么特点？2.理解连续性方程和能量方程。3.摩擦阻力和局部阻力的大小受哪些因素的影响？应采取什么措施减小局部阻力？工业通风与除尘谢谢！4通风系统与通风方式