通风管道的设计计算

通风管道的设计计算第六章第六章：通风管道的设计计算通风管道计算有两个基本的任务：一是确定管道的阻力,以确定通风除尘系统所需的风机性能;二是确定管道的尺寸(直径)，管道设计的合理与否直接影响系统的投资费用和运行费用。一.管道压力计算(一)管道的阻力计算管道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力.摩擦阻力由空气的粘性力及空气与管壁之间的摩擦作用产生,它发生在整个管道的沿程上,因此也称为沿程阻力。第六章：通风管道的设计计算管道的阻力计算局部阻力则是空气通过管道的转弯,断面变化,连接部件等处时,由于涡流、冲击作用产生的能量损失.第六章：通风管道的设计计算6.1.1摩擦阻力的计算流体输配管网lRvdlPmml222其中：λ为摩阻系数，l为管长，d为管径或流速当量直径（4Rs，Rs=f/x），Rm为单位长度摩擦阻力。（6-2-1）流体输配管网λ摩阻系数的确定：1、层流区Re＜2000eR642、临界区Re=2000-400030025.0eR3、紊流区Re＞400025.06811.0dKRedKRe7.351.2lg212.3.1.2摩擦阻力计算λ值的确定流体输配管网DKRe7.351.2lg21Rm值的计算和修正制成图表，已知流量、管径、流速、阻力四个参数中两个，可查得其余两个，是在一定条件下锝出22000vDRmRm值的计算和查取（标准状态下）：222vdRm返回流体输配管网流体输配管网返回Rm值的修正：（1）密度、运动粘度的修正1.0091.000mmRR（2）温度、大气压和热交换修正212TTKbH继续式中HBtmmKKKRR0825.027320273tKt9.03.101BKB25.0KvKkkmmKRR0（3）管壁粗糙度的修正KHBtmmKKKKRR1.0091.000流体输配管网矩形风管的摩擦阻力计算主要考虑当量直径的确定，有流速当量直径和流量当量直径（1）流速当量直径baabDv2例6-1有一表面光滑的砖砌风道（K＝3mm），断面500×400mm，L＝1m3/s，求Rm解：v＝1÷(0.4×0.5)=5m/sDv=2ab/(a+b)=444mm查图2-3-1得Rm0＝0.62Pa/mKr=(3×5)0.25=1.96Rm=1.96×0.62=1.22Pa/m25.0625.0)()(3.1baabDL（2）流量当量直径例2同例1解：v＝1÷(0.4×0.5)=5m/sDL=1.3(ab)0.625/(a+b)0.25=478mm查图2-3-1得Rm0＝0.61Pa/mKr=(3×5)0.25=1.96Rm=1.96×0.61=1.2Pa/m2.局部阻力局部阻力计算式为:Z=ξ·ρU2/2Pa其中ξ为局部阻力系数,根据不同的构件查表获得.在通风除尘管网中,连接部件很多,因此局部阻力较大,为了减少系统运行的能耗,在设计管网系统时,应尽可能降低管网的局部阻力.降低管网的局部阻力可采取以下措施:(1)避免风管断面的突然变化;第六章：通风管道的设计计算2.局部阻力(2)减少风管的转弯数量,尽可能增大转弯半径;(3)三通汇流要防止出现引射现象,尽可能做到各分支管内流速相等.分支管道中心线夹角要尽可能小,一般要求不大于30°;(4)降低排风口的出口流速,减少出口的动压损失;(5)通风系统各部件及设备之间的连接要合理,风管布置要合理.第六章：通风管道的设计计算(二)管内压力分布分析管内压力分布的目的是了解管内压力的分布规律,为管网系统的设计和运行管理提供依据.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.第六章：通风管道的设计计算气体管网压力分布图主要结论：(1)风机的风压等于风管的阻力和出口动压损失之和;(2)风机吸入段的全压和静压都是负值,风机入口处的负压最大;风机压出段的全压和静压都是正值,在出口处正压最大;(3)各分支管道的压力自动平衡.第六章：通风管道的设计计算水力计算步骤（假定流速法）计算前，完成管网布置，确定流量分配绘草图，编号确定流速确定管径计算各管段阻力平衡并联管路计算总阻力，计算管网特性曲线根据管网特性曲线，选择动力设备水力计算步骤（平均压损法）计算前，完成管网布置，确定流量分配绘系统图，编号，标管段L和Q，定最不利环路。根据资用动力，计算其平均Rm。根据Rm和各管段Q，确定其各管段管径。确定各并联支路的资用动力，计算其Rm。根据各并联支路Rm和各管段Q，确定其管径。水力计算步骤（静压复得法）计算前，完成管网布置确定管道上各孔口的出流速度。计算各孔口处的管内静压Pj和流量。顺流向定第一孔口处管内流速、全压和管道尺寸。计算第一孔口到第二孔口的阻力P1·2。计算第二孔口处的动压Pd2。计算第二孔口处的管内流速，确定该处的管道尺寸。以此类推，直到确定最后一个孔口处的管道断面尺寸。计算例题例6-5如图所示通风管网。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。除尘器阻力为1200Pa，对该管网进行水力计算，并获得管网特性曲线。返回[解]：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1-3-5-除尘器-6-风机-7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。根据表2-3-3，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12m/s，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6300*1.05＝6615m3／h。返回管段1水平风管，初定流速为14m/s。根据Ql＝1500m3/h（0.42m3/s）、v1=14m/s所选管径按通风管道统一规格调整为：D1＝200mm；实际流速v1＝13.4m/s；由图2-3-1查得，Rm1=12.5Pa/m同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，具体结果见表2-3-5。4.确定管段2、4的管径及单位长度摩擦力，见表2-3-5。5.计算各管段局部阻力例如：继续800380500380420800400420410*315420返回6.计算各管段的沿程阻力和局部阻力(见表2-3-5)7.对并联管路进行阻力平衡：继续图流体输配管网返回8.计算系统总阻力，获得管网特性曲线最不利环路所有串联管路1-3-5-6-7阻力之和。kgQPS53822538QP继续返回1返回2均匀送风管道设计一、设计原理继续静压产生的流速为：jjpv2空气在风管内的流速为：DDpv2空气从孔口出流时的流速为：sinjvv如图所示：出流角为α：DjDjPPvvtg返回孔口出流风量：jjpfvvvfvffvL236003600sin360036000000由上式得f0上的平均流速v0为：jjpvfLv23600000继续返回风口的流速分布如图：（矩形送风管断面不变）*要实现均匀送风可采取的措施（如图）1、设阻体；2、改变断面积；3、改变送风口断面积；4、增大F，减小f0。继续返回二、实现均匀送风的基本条件：保持各侧孔静压、流量系数相等,增大出流角。1、保持各侧孔静压Pj相等；2、保持各侧孔流量系数μ相等；μ与孔口形状、流角α以及L0/L=有关，当α大于600，μ一般等于0.60L3、增大出流角α，大于600，接近900。返回三、直流三通局部阻力系数和侧孔流量系数1、直流三通局部阻力系数：由L0/L查表2-3-6；2、侧孔流量系数μ=0.6~0.65；四、均匀送风管道计算方法确定侧孔个数、侧孔间距、每个孔的风量计算侧孔面积计算送风管道直径和阻力继续返回五、计算例题如图所示：总风量为8000m3/h的圆形均匀送风管道采用8个等面积的侧孔均匀送风，孔间距为1.5M，确定其孔口面积、风管各断面直径及总阻力。继续解：1、确定孔口平均流速v0，062.05.4360088000/5.400fsmv注意：把每一段起始断面的动压作为该管段的平均动压，并假设μ、λ为常数，将产生一定误差，但在工程实际是允许的。一、系统划分当车间内不同地点有不同的送、排风要求，或车间面积较大，送、排风点较多时，为便于运行管理，常分设多个送、排风系统。除个别情况外，通常是由一台风机与其联系在一起的管道及设备构成一个系统。系统划分的原则：1．空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划为同一系统。2．同一生产流程、运行班次和运行时间相同的，可划为同一系统。3．对下列情况应单独设置排风系统：（1）两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧或爆炸；（2）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；（3）两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘；（4）放散剧毒物质的房间和设备。第六章：通风管道的设计计算4．除尘系统的划分应符合下列要求：（1）同一生产流程、同时工作的扬尘点相距不大时，宜合为一个系统；（2）同时工作但粉尘种类不同的扬尘点，当工艺允许不同粉尘混合回收或粉尘无回收价值时，也可合设一个系统；（3）温湿度不同的含尘气体，当混合后可能导致风管风结露时，应分设系统。5．如排风量大的排风点位于风机附近，不宜和远处排风量小的排风点合为同一系统。增设该排风点后会增大系统总阻力。第六章：通风管道的设计计算通风管道系统划分二、风管布置风管布置直接关系到通风、空调系统的总体布置，它与工艺、土建、电气、给排水等专业关系密切，应相互配合、协调一致。1．除尘系统的排风点不宜过多，以利各支管间阻力平衡。如排风点多，可用大断面集合管连接各支管。集合管内流速不宜超过3m/s，集合管下部设卸灰装置。2．除尘风管应尽可能垂直或倾斜敷设，倾斜敷设时与水平面夹角最好大于45°。如必需水平敷设或倾角小于30°时，应采取措施，如加大流速、设清扫口等。3．输送含有蒸汽、雾滴的气体时，如表面处理车间的排风管道，应用不小于0.005的坡度，以排除积液，并应在风管的紧低点和风机底部装设水封泄液管。4．在除尘系统中，为防止风管堵塞，风管直径不宜小于下列数值：排送细小粉尘80mm排送较粗粉尘（如木屑）100mm排送粗粉尘（有小块物体）130mm5．排除含有剧毒物质的正压风管，不应穿过其它房间。6．风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测定孔和采样孔等）或预留安装测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作和观察的地点。7．风管的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件要安排得当，与风管的连接要合理，以减少阻力和噪声。第六章：通风管道的设计计算风管布置三、风管断面形状的选择和管道定型化（一）风管断面形状的选择风管断面形状有圆形和矩形两种。两者相比，在相同断面积时圆形风管的阻力小、材料省、强度也大；圆形风管直径较小时比较容易制造，保温亦方便。但是圆形风管管件的放样、制作较矩形风管困难；布置时不易与建筑、结构配合，明装时不易布置得美观。当风管中流速较高，风管直径较小时，例如除尘系统和高速空调系统都用圆形风管。当风管断面尺寸大时，为了充分利用建筑空间，通常采用矩形风管。例如民用建筑空调系统都采用矩形风管。矩形风管与相同断面积圆形风管的阻力比值为：式中Rj——矩形风管的比摩阻；Ry——圆形风管的比摩阻；a、b——矩形风管的两个边长。在风管断面积一定时，宽高比a/b的值增大，Rj/Ry的比值也增大。矩形风管的宽高比最高可达8∶1，但自1∶1至8∶1表面积要增加60%。因此设计风管时，除特殊情况外，宽高比愈近接于1愈好，可以节省动力及制造和安装费用。适宜的宽高比在3.0以下。(二)管道定型化随着我国国民经济的发展，通风，空调工程大量增加