除尘与收集装置说明书本科学位论文.doc

中国矿业大学2010届本科生毕业设计 目 录第1章 续论 .(1)第1.1 节 通风除尘的意义 .(1)第1.2 节 除尘与收集系统设计的目的、内容、要求.(3)第1.3 节 除尘与收集系统的结构设计 .(3)第1.4 节 除尘系统工作原理 .(4)第1.5 节 设计重点.(5)第2章 旋风除尘器的设计计算.(7)第2.1 节 已知条件.(7)第2.2 节 旋风除尘器设计步骤.(7)第2.3 节 水浴除尘器的设计步骤.(9)第3章通风除尘系统管道设计.(12)3.1 管网的布置.(12)3.2 管内流动状态 .(13)3.3 管内气体流动阻力 .(15)3.4 风管内的压力分布.(22)3.5 通风管道的设计.(22)3.6 除尘风管直径和实际风速计算.(25)第4章 离心通风机的选择计算.(27)第4.1 节 风机概述. .（27）第4.2 节 风机选型 .(34)参考文献 .(36)英文原文 .（38）中文译文 .（44）致谢 .（50）第1章 绪论第11节 通风除尘的意义1.1.1粉尘的危害随着我国工业生产的快速发展，工业有害物的排放量也日益增加，环境污染问题是越来越严重。严重的环境污染和生态破坏会给社会带来很大的负面影响。对于排放的有害物，如果不进行适当的处理，将会严重污染室内外空气环境，对人民身体健康造成极大危害。特别是采矿、铸造、锻造、热处理、喷漆、发电、建材生产、纺织以及食品加工等工艺过程，会产生大量的粉尘等有害物质。人们长期在这种含有粉尘、湿热的空气环境中工作会感到不舒服，疲倦等，严重时会引起各种职业病，例如矽肺病等。 另外，粉尘环境也会危害生产设备以及产品，例如会使仪表、机械设备精度降低，产品质量下降等。因此，必须消除或控制粉尘，其最常用、最有效和最经济的方法就是通风除尘。1.1.2通风除尘的概念、任务及作用 1、风是什么：空气流动即成为风。空气之所以流动是由于气体的压力差促成的。2、通风是什么：如果在局部空间人为地使气体处于负压状态（低于大气压力的状态），这样，局部空间的气体与其周围环境的大气之间就形成了压力差，于是空气就要流动，这就是所谓的通风。所谓通风，就是把室外的新鲜空气适当的处理（如净化、加热等）后送进室内，把室内的废气（经消毒、除害）排至室外，从而保持室内空气的新鲜和洁净。3、粉尘是什么：粉尘是指空气中含有的微细固体颗粒，其粒径在75微米以下（）。粉尘是大气环境中涉及面最广、危害最严重的一种污染物。大气环境中的粉尘分为飘尘和降尘两种。所谓飘尘就是指粒径在10微米以下的浮游粒子，所谓降尘是指大气中污染物由自身的重量而沉降的物质。不论飘尘或降尘，对大气环境、气温、气候、日照、能见度、人体健康以及动、植物都有影响。粉尘中尤其是0.5-5微米的漂尘对人的危害最大，因为这类漂尘中含有多种有毒金属或致癌物，极易随呼吸进入人体，约有一半可附在肺壁上，构成或加重人体的呼吸道疾病。据调查，飘尘浓度为100微克/米3时，儿童呼吸道感染显著增加；飘尘浓度为200微克/米3时，慢性呼吸道疾病死亡率增加；飘尘浓度为300微克/米3时，呼吸道疾病急性恶化；飘尘浓度为800微克/米3时，呼吸道疾病、心脏病死亡率增加，交通事故严重。因此，国家规定居民区大气中飘尘最高容许一次浓度为0.50毫克/米3，日平均浓度为0.15毫克/米3。4、除尘是什么：除尘就是控制含有粉尘的气体，并加以适当处理，使其净化的过程。5、通风除尘是什么：通风除尘是人们以通风为手段，以除尘、净化环境、保护人类健康和提高产品质量为目的的一门综合性的应用科学。6、通风除尘的作用：改善室内空气质量、保护人民身体健康、保证生产正常进行、提高劳动生产率、提高产品质量。7、通风除尘的任务：消除或控制生产过程中产生的粉尘、有害气体、高温和高湿等危害，创造良好的生产环境和保护大气环境。8、通风除尘的研究内容：(1) 粉尘的性质；(2) 含尘气体的运动规律；(3) 通风除尘各种专门设备的结构原理；(4) 通风除尘系统的设计与计算；(5) 通风除尘的测试技术等。1.1.3 洗煤厂中的除尘与收集装置洗煤厂对环境的污染主要是排放气体中的粉尘，为了达到排放标准的要求，煤泥烘干机的除尘与收集装置，一般采取二级除尘，第一级采用旋风除尘器，第二级采取湿式除尘器或布袋除尘器。做好除尘工作，对保护人体健康、提高生产效率、降低生产成本、保护生态环境都有着非常重要的意义。第1.2节 除尘与收集系统设计的目的、内容、要求1.2.1 设计的目的 此装置毕业设计的目的，在于通过分析给定数据，设计出可以达到洗煤厂排放要求的的除尘与收集装置。使我们得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。1.2.2 设计内容 (1) 第一级除尘设备的设计 （2）第二级除尘设备的设计 （3）管道的选择 计算 （4）离心通风机的选择 第1.3节 除尘与收集系统的结构设计 对于煤泥烘干、煤粉烘干的统一收尘，一般配备旋风除尘器，布袋除尘器，湿式除尘器等。 旋风除尘器也称作离心力分离器，它是利用含细粉气流做旋转运动时产生的离心力，把细粉从气体中分离出来。被广泛应用在对流干燥系统中，是从气体中收集产品的主要设备。旋风除尘器结构简单，制造方便，只要设计合理，制造恰当，可以获得很高的分离效率。可以把随引风系统排出的湿气中大颗粒产品捕捉收集，但当气体中含的粒子非常细时，由于本身比重较轻，采用旋风除尘效果不佳。 布袋除尘器（袋滤器或袋式除尘器）经常作为从干燥尾气中分离粉状产品的最后一级气固分离设备，是截留尾气中粉体的最后一道防线。布袋除尘器的特点是捕集效率高，可以说，在众多的气固分离设备中，它的捕集效率是其它设备所不及的，特别是捕集20m以下的粒子时更加明显，效率达到99%以上。煤泥烘干机配备布袋除尘器可将旋风除尘器未捕集的细粉微粉二次回收，防止粉尘排入大气造成资源浪费和环境污染湿式除尘器俗称“水除尘器”，它是使含尘气体与液体（一半为水）密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞及其他作用捕集颗粒或使颗粒增大的装置。湿式除尘器可以有效地将直径为0.120微米的液态或固态粒子从气流中除去，同时，也能脱除部分气态污染物。它具有结构简单、占地面积小、操作及维修方便和净化效率高等优点，能够处理高温、高湿的气流，将着火、爆炸的可能减至最低。 对于烘干机废气的除尘一般采取二级除尘系统。第一级选用旋风除尘器，第二级除尘器根据被烘干物料的水分高低进行选取。由于设计任务书中给定的被烘干物料水分较大，不可采取袋式除尘器，因此选择湿式除尘器作为第二级除尘。 经过二级除尘后的废气，通过离心通风机，排放。 第1.4节 除尘系统工作原理 含尘气体从烘干机出来后，进入旋风除尘器。气体沿旋风筒切线方向进入筒内旋转产生离心力，将粉尘分离出来。分离出来的灰尘通过密封排灰装置，通过输送带运往车间外。经过一级除尘的气体，通过管路，进入二级除尘装置湿式除尘器。经过二级除尘的气体，通过离心通风机排出。 此二级除尘系统，原理图 如下第1.5节 设计重点 由1.2段介绍可知，此装置的重点在于设计好旋风除尘器与湿式除尘器，各部分之间的管道以及离心通风机的选择。 下图就是旋风除尘器的典型结构图 1.5.1旋风除尘器的工作原理： 含尘气体从进气口以一定的速度（12-20m/s）切向进入外筒后，形成旋转运动，由于内外筒及顶盖的限制，气流在其间形成一股自上而下的外旋流，旋转过程中粉尘颗粒由于惯性力大部分被甩向筒壁失去动能沿筒壁滑下，经锥体下口入集灰斗，最后由排灰阀排出。旋转下降的旋流随着圆锥的收缩而向除尘器中心靠拢，旋转气流进入排气管半径范围附近便开始上升，形成一股自下而上的内旋流，最后经排气管向外作为净化气体排出。1.5.2湿式除尘器的工作原理和选择： 此类除尘器是通过水与含尘气体生成的微液滴、液膜或气泡，使含尘气体中的粉尘分离得以捕集的一种粉尘设备。 湿式除尘器有水膜除尘器、水浴除尘器、泡沫除尘器、冲击式除尘器等多种形式。 其中水浴除尘器结构简单，造价和运行费用非常低，便于现场制作。可以用砖石或者刚劲混凝土砌筑，也可以钢板制作。所以本设计中，第二级除尘器采用水浴除尘器。 水浴除尘器的工作原理是:含尘气体经进风管由喷头上的环形窄缝高速喷出，高速喷出的气体冲向水面，激器大量的水力泡沫，粉尘则在水层和水雾中被捕集，净化后的气体由排风管排出。下图是水浴除尘器典型结构图 下面就是各部分的设计第2章 除尘器的设计计算第2.1节 已知条件 风量：21600m3/h 进口气体温度60 进口处气体压强0.9个大气压 进口处风速度15m/s 第2.2节 旋风除尘器设计步骤221旋风除尘器尺寸设计旋风除尘器的净化能力按下式计算 Q=3600mA 式中 Q收器净化能力即风量，m3/h;进口风速，m/sA除尘器进口截面积，n旋风筒个数由设计任务书给定数据 可以推断出要设计的除尘器如果为普通式样即CLT型单筒式样，那么进口截面积为 21600m3/h=3600*15m/s*1*AA=0.4在相同的旋转速度下，筒体直径越小，尘粒受到的离心力越大，除尘效率越高，但处理风量减少，而且筒径过小还会引起粉尘堵塞，所以筒径一般不小于150mm。由于处理量有些大，且只设计1个旋风除尘器，不采取多个并联。所以确定筒体直径D1为1900mm。旋风器结构尺寸一般以筒体直径D1(m)为定性尺寸给出各部位的无因次比值，旋风器在筒体直径D1确定之后，可以按照无因次结构比值KD2、KD3、KD4、KH1/KH2、KH、Ka、Kb、KS确定其他部位尺寸。KD2=D2/D1 KD2=D3/D1 KD4=D4/D1 KD2=D2/D1 KH1=H1/D1 KH2=H2/D1Ka=a/D1 Kb=b/D1 Ks=s/D1 Kh=H/D1=KH1+KH2-Ks其中D1筒体直径、D2芯管进口直径、D3芯管出口直径、D4锥体下部直径(排灰口直径)，m；H芯管进口截面到锥体排灰口的距离(或称分离区高度)、H1筒体高度、H2锥体高度，m；a进口宽度、b进口高度、s芯管插入深度，m。所以确定D2=0.55D1=1050mmH1=0.9D1=1680mmH2=2.15D1=4066.61mma*b=0.4a=500mmb=800mm由此旋风除尘器的基本尺寸得以确定 其他尺寸根据实际需要 确定。2.2.2 旋风除尘器材料选择和防锈处理旋风除尘器采用45钢。支架采用8号槽钢根据GB50017-2003(钢结构设计规范)：材质为Q235的8号槽钢许用应力为215Mpa(215N/mm2)，抗剪许用应力：125Mpa。用3根8号槽钢做支架，足够支撑起整个旋风除尘器。 内层涂2层防锈漆，外层喷1道防锈漆和1道面漆。第2.3 水浴除尘器的设计步骤2.3.1 选择水浴除尘器的原因 第2级除尘装置 设计为水浴除尘器 湿式除尘器作为除尘装置，有很多优势，也有一些缺点。 湿式除尘器制造成本相对较低。但对于化工、喷漆、喷釉、颜料等行业产生的带有水份、粘性和刺激性气味的灰尘是最理想的除尘方式。因为不仅可除去灰尘，还可利用水除去一部分异味,如果是有害性气体（如少量的二氧化硫、盐酸雾等），可在洗涤液中配制吸收剂吸收。缺点：有洗涤污泥，要解决污泥和污水问题； 设备需要选择耐腐蚀材质； 动力消耗较大； 北方或者寒冷地区需要考虑设备 防冻。 在工程上使用的湿式除尘器形式很多。总体上可分为低能和高能两类。低能湿式除尘器的压力损失为0.21.5kPa，包括喷雾塔和旋风洗涤器等，在一般运行条件下的耗水量（液气比）为0.53.0升每立方米，对10微米以上颗粒的净化效率可达到9095，高能湿式除尘器的压力损失为2.59.0kPa,净化效率可达99.5以上，如文丘里洗涤器等。 根据湿式除尘器的净化机理，可将其大致分成七类; 1重力喷雾洗涤器 2旋风洗涤器 3自激喷雾洗涤器 4板式洗涤器 5填料洗涤器 6文丘里洗涤器 7机械诱导喷雾洗涤器。我们选择结构相对简单，成本低，对场地要求不高的水浴除尘器。水浴除尘器可以采用砖石垒造。对尺寸形状没有什么太高的要求。唯一的问题就是污水处理的问题，这也是水浴除尘器的通病。2.3.2 污水处理关于污水的处理，我们可以采用循环利用的方法。在本次设计中，我采用了设计2个水池的方法。地面上建筑净化水池，负责净化含尘气体。在底下挖1个沙滤池，内填细沙，过滤污水。污水通过过滤进入旁边的蓄水池，蓄水池中的水，经过抽水泵，循环水管，再次进入净化水池，循环利用，大大减少了成本和污水排放。出于成本考虑，此除尘系统采用砖石垒造。尺寸可以现场根据情况制作。不影响除尘效率和效果。但是防腐蚀是个问题。2.3.3 湿式除尘器防腐蚀问题简介湿式除尘兼有脱硫作用，通常可除去烟气中硫份2O 左右。再者，湿式除尘通常是采用花岗岩一类材料制作的，因而耐磨损、耐腐蚀，只要正确安装使用就经久耐用。就除尘器本体而言，几乎没有什么维修工作量。 但是，问题出在管道上。湿式除尘耗水量较大，为了节省用水，并防止除尘水的排放污染环境j除尘用水通常循环使用，如果循环水系统设计得合理，可以利用锅炉本体的煤闸门、。炉排后轴、引风机、电动给水泵等轴承的冷却水，水处理系统的排水，以及锅炉排污水，生活用洗澡水做为循环水的补充水已足够使用。因此，综合考虑湿式除尘实际耗水并不大；但循环用水也给我们带来一系列问题。除尘用循环水在使用中不断与烟气接触时，逐渐被烟气中的SO2所酸化，其PH值通常在45之间，如果是单纯用于烟气除尘，PH值通常在3左右，因而循环水系统腐蚀十分严重，如果除尘器的供水是喷淋式的，除尘器出口烟气带水，也会使除尘器后钢制烟道造成严重腐蚀。通过调查，有些厂除尘器后，用普通钢板制成的钢烟道，一使用不到一个采暖期就腐蚀穿了，特别是循环水系统管道采用普通钢管时，有的单位使用不到一个星期就发现漏水，可见其腐蚀的严重程度。因而通常情况下，湿式除尘系统，虽其除尘器本体固然可靠，而除尘器的配套设施又很不可靠。 通过凋查我们还发现，这些除尘器的配套设施容易损坏，不仅仅由于除尘用水的酸化腐蚀，也有带尘的烟气流或灰水流连续不断的冲刷所造成的，观象几个锅炉房的湿式除尘系统发现，在钢烟道上，凡转弯处最易损坏。除尘用循环水管，最早发生漏水的地方也是管道的弯头附近，这说明烟气流或灰水流中含的尘粒对管道的磨损作用很强，那么管道在与腐蚀性介质长期接触的条件下，加之冲刷，使管壁盼损坏得以极高的速度进行.因而要解决除尘系统的损坏问题，应从防腐和防止尘粒严重的冲刷磨损入手。 对烟气管道的防腐只需自除尘器出口开始。除尘器或文丘里管以前的烟气是高温干燥的，不存在酸腐蚀问题，除了考虑必要的防冲刷磨损的措施外不必进行防腐，电力部所颁布的标准中(见SDGJ5984火力发电厂设备和管道保温油漆设计技术规定)也规定此类烟道内壁只保持光洁的金属表面即可，对除尘器出口的大口径烟气管道必须进行防腐，不仅因为这段烟道中的烟气带水严重，其腐蚀性首当其冲，而且因为这些烟道多安装在高空，损坏后难以发现也不易修补。此处烟道通常采用的防腐办法是：尽量采用耐腐蚀的材料来制作，例如用花岗岩或砖或内壁衬砌瓷砖制成直立烟道(俗称付筒)。这种方法十分可行，一方面使这段烟道结构简羁无需设支架或支撑，只砌筑即可，施工方便；另一方面可将这段烟道的断面积适当扩大，使烟气流速降低，烟气在这段烟遭中起到沉降，捕捉烟气中液滴的作用,以保护后部的烟道和弓I风机少受腐蚀性湿烟气所害。第二种方法是：在这些连接用的钢烟道内壁涂以耐高温，耐水的防腐涂料。 在防止循环水的腐蚀方面，应使与循环水直接接触的水泵、管道，冲灰沟都采用耐腐蚀材料制作。具体来说，循环水泵不可采用普通的清水泵，应采用耐腐蚀泵，国内有一种HZ-BK 型耐腐蚀的陶瓷沙浆泵，即可耐腐蚀、又耐磨，用在该系统上效果较好 循环水管采用硬聚氯乙烯塑料管或玻璃钢管都十分耐腐蚀，但机械强度差些， 北京有部分单位采用铸铁管作循环水管，使用寿命也很长，但沿程用承插I：1接头敷设起来十分费工，占地方也较大。目前国内已生产内衬塑料的复合钢管是一种较为理想的防腐蚀钢管，其机械强度与普通钢管基本相同，对于冲灰沟和冲渣沟无疑要用耐腐蚀的材料来砌筑，如用普通水泥砌筑，其使用寿命通常不足三年就不能用了，较理想的方法是采用辉绿岩铸石镶板来砌筑，有的单位采用玻璃钢砂浆来成型，成为整体的防腐灰渣沟，也是一种造价低廉，耐磨蚀性能好，。施工方便的沟道，但目前使用的单位不多， 有待于进一步提高工艺加以推广。对沉灰池和沉渣池，其表面也应涂以不饱和树脂防腐层，通常采用2068=甲苯不饱和树脂可有效地起到防腐作用。 对于循环水管道的防止冲刷磨损的方法，主要依靠使循环水中的尘粒尽量分离出来来解决，如果循环水中的灰、渣含量太高，不仅使循环水泵和循环水管很快受到磨损而破坏，同时，易引起文丘里喷嘴，除尘器水槽以及循环水管的严重堵塞；从而严重影响除尘系统的正常运行，也显著缩短除尘系统中各个设备的寿命，因此循环水的灰水分离很重要。应该把灰水分离作为保证除尘系统正常运行的重要环节，投入必不可少的设备和财力来加以解决。目前，国内决大部分单位仅依靠建立不大的沉灰池或加上一、二道垂直布置的滤网作为灰水分离的手段。大量事实证明，这是很不够的，应该采用灰水分离器(或称悬浮物分离器)或建立斜板沉淀装置，使循环水泵前清水池的含灰量少于50mgl，即可有效地防止循环水管的磨损破坏，也可基本避免循环水中各系统为沉积的灰渣所堵塞。 第3章 通风除尘系统管道设计一个完整的通风除尘系统应该包括以下几个过程：1、用吸尘罩将尘源散发的含尘气体捕集；2、借助风机通过通风管道输送含尘气体；3、在除尘设备中将粉尘分离；4、将已净化的气体通过烟囱排至大气；5、将在除尘设备中分离下来的粉尘输送出去。因此，在通风除尘系统中的主要设备有：吸尘罩、风机、管道、除尘器、烟囱、输灰装置等。然而在各个具体情况下，并不是每个系统都具有以上这些设备，例如直接由炉内抽烟气，可以不要吸尘罩；当在尘源附近设置就地除尘机组时，净化后的气体可以直接排入室内，而不要管道和烟囱；当利用热压排出热烟气时，可以不设风机等等。但是，在一般情况下都应有除尘设备，只是根据不同的工艺设备及要求不同，选择的除尘设备不同而已。3.1 管网的布置管道将吸尘罩、除尘器、风机联成整体，构成通风除尘系统。管网的设计就在于确定各设备的位置、通风管道的大小和布置、合理地组织气体流动，有效地输送含尘气体。1、除尘设备的布置与工艺设备及车间的布置有关通常希望将除尘器与工艺设备尽量靠近，这不仅使设备布置紧凑，而且可以缩短管道长度和节约能源，但是在有的情况下，特别是当处理风量很大时，除尘器及风机要设在远离尘源点的地方，甚至设在室外。在这种情况下，精心地进行管道的布置和计算就显得非常必要，否则，将会给以后的运行和维护带来许多不利。管道设计不合理，不仅可能浪费材料和能源，而且可能会使粉尘沉积于管道中，造成管道堵塞。清理被堵塞的管道是件很麻烦的工作。2、在多个尘源点的情况下，可以采取多个单独除尘系统的分散布置，也可以将各尘源点联合起来，形成一集中的除尘系统采用分散系统还是集中系统要经过技术经济比较，结合当地条件确定。例如，车床的除尘多采用分散的设在车床附近的小除尘器。含尘气体经过净化后，直接排入车间内。对于原料车间则趋向于采用集中系统。例如，对于多尘源点的多层厂房，甚至可将最上层楼层全部用作除尘室，将各楼层的尘源点都接到顶部除尘器室内，净化后排入大气。3、为了保证管道内不积尘，一方面要使管道内的气流速度不小于一定的数值，另一方面要尽量避免管道水平布置。在厂房高度允许的情况下，可以布置成人字形，管道与水平面的夹角最好不小于550。当必须布置水平管道时，为了防止积灰，可以在管道上设置吹灰装置或清灰孔，有时也可在大直径管道下面设灰斗，此时这种大管道就起着沉降室的作用。大颗粒粉尘在管道内直接沉积到灰斗内。4、管道的布置要尽量减少弯头的数目减少弯头数目，不仅能使管道布置简化，而且可以减少气流阻力，节约能源。弯头要求一定的曲率半径，除了空间受局限外，曲率半径一般应取管道直径的22.5倍。曲率半径为的直角拐弯的效果最差。5、支管与主管的连接（三通）一般应设在渐扩管处支管与主管的夹角一般为（最好小于300）。当有几个支管汇合于同一主管时，汇合点最好不要在同一断面上。直管段断面的改变，应设渐扩管或渐缩管，渐扩管或渐缩管的长度应为管道直径差的5倍以上。3.2管内流动状态管内基本存在两种流动状态，层流和紊流。1、层流：它是一种有秩序分层的流动，即流体微团在流动中其轨迹与管壁平行，流动轨迹（流线）间也平行，流体微团流动轨迹是一层层互不干扰的，如图5-1所示。2、紊流：它是杂乱无章的流动，由层流到紊流的转变往往与干扰、涡流联系在一起，在管内流动中流体微团相互掺混，如图5-2所示。3、层流转换为紊流的条件层流和紊流的根本区别在于各流层间是否掺混。流体的运动状态是层流还是紊流取决于管内流动速度、管径、流体运动粘性系数的无因次组合数，这无因次组合数称为雷诺数，以Re表示（它是流体力学里面的一个重要参数）。当流体一定，在确定的管道中以某一速度流动，则可计算出雷诺数Re的值。(1) 当Re小时，流动稳定，层间不掺混，层流不易变为紊流；(2) 当Re大时，流体微团杂乱无章地运动，层间任意窜越，流线层破坏，流线层不稳定很容易变成紊流，即Re增大，有序向无序变化。(3) 临界雷诺值：刚刚开始向无序变化的Re值，称为临界雷诺值，以Rek表示。此种流动状态称为临界状态。(4) 流动状态判别：层流并不是刚到临界状态就完全变成紊流，而是存在一过渡区域，也就是Re值有一定范围，即下临界和上临界。例如雷诺值Re20004000，为层流向紊流转变的过渡区。在工程上为了便于使用，假设临界值Rek2000，则流动状态的判别条件为：Re<2000为层流，而当Re>2000时为紊流。(5) 雷诺数的表达式层流受扰动后，当粘性的稳定作用起主导作用时，则扰动受到粘性的阻滞而衰减下来，层流稳定；当扰动占上风，粘性的稳定作用无法使扰动衰减下来，于是流动便变成紊流。可见，流动是什么状态（是层流还是紊流），取决于扰动的惯性作用和粘性的稳定作用相互斗争的结果。所以，雷诺数Re是惯性力与粘性力的比值，即 式中 流体密度； 流体的速度； 物体的特征长度（指横截面上的长度，如为圆管就是其直径）； 流体的动力粘性系数。3.3 管内气体流动阻力流动阻力：由于流体本身的粘性、管壁表面的摩擦以及某些扰动惯性，含尘气体在通风管道内的流动过程中，必然会遇到阻滞运动的力，这就是流动阻力。阻力损失：克服流动阻力造成的能量损耗，称为阻力损失。流动阻力包括摩擦阻力和局部阻力两种。摩擦阻力：由气体本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的阻力，称为摩擦阻力或沿程阻力。局部阻力：气体流经管道中的某一部件时（例如阀门、弯头等），气流方向、大小将发生变化，以及因粘性产生的涡流而造成的阻力，称为局部阻力。很显然，流体的粘性是造成流动阻力的内因；管壁摩擦、局部管件扰动是造成流动阻力的外因。一、摩擦阻力气体沿管壁流动，不可避免地产生摩擦阻力。根据流体力学理论，气体在任何截面形状不变的管道内流动时，摩擦阻力按下式计算： 式中 摩擦阻力系数； 管内气流的平均速度，m/s； 空气密度，kg/m3； 风管长度，m； 风管的水力半径，m； 风管截面积，m2； 风管截面周长，m。 1、圆形风管的摩擦阻力计算对于圆形截面风管，其，所以其阻力计算式为： 式中 圆形风管直径，m。 (1) 比摩阻单位长度的摩擦阻力，称为比摩阻。对于圆形风管，其比摩阻为： (2) 摩擦阻力系数摩擦阻力系数与管内流动状态和风管管壁的粗糙度有关，一般采用柯氏公式来计算： 式中 风管内壁粗糙度，mm； 风管直径，mm。上式是柯列勃洛克根据大量的工业管道试验资料整理出来的。美国、日本、德国的一些暖通手册中广泛采用。我国编制的全国通用通风管道计算表也采用该公式。(3) 表格或线算图上面的计算公式都是很复杂的，因此，为了避免繁琐的计算，可根据式(5-4)和式(5-5)制成各种形式的表格或线算图，一般通风除尘书后附录给出，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。2、矩形风管的摩擦阻力计算全国通用通风管道计算表和线算图是按圆形风管得出的，因此，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，再由当量直径求得矩形风管的单位长度的摩擦阻力。当量直径：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，分为流速当量直径和流量当量直径两种。(1) 流速当量直径如果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，同时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，以表示。根据这一定义，可以得出，圆形风管和矩形风管的水力半径必须相等。圆形风管的水力半径 矩形风管的水力半径 令，则 称为边长的矩形风管的流速当量直径。圆形管和矩形管内的流速相同时，因为矩形风管内的比摩阻等于直径为的圆形风管的比摩阻，所以可以根据矩形风管的流速当量直径和实际流速，由书中附录查得的对应圆形风管的比摩阻即为矩形风管的比摩阻。(2) 流量当量直径如果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，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，以表示。通过推导计算，流量当量直径可近似按下式计算： 以流量当量直径和对应的矩形风管的流量，查书中附录所得的单位长度摩擦阻力即为矩形风管的单位长度的摩擦阻力。值得注意的是，不管是采用流速当量直径还是流量当量直径，一定要注意其对应关系：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处阻力。用两种方法求得的矩形风管单位长度摩擦阻力应该是相等的。二、局部阻力1、局部阻力的确定一般情况下，通风除尘管道都要安装一些断面变化的管件（例如各种变径管、变形管、风管进出口、阀门等）、流向变化的管件（弯头）、流量变化的管件（如三通、四通、风管的侧面送、排风口），用以控制和调节管内的气流流动。流体经过这些管件时，这一局部地区的均匀流动遭到破坏，必然引起流速的大小、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，由此而产生局部阻力。因为，局部阻力的种类繁多，体形各异，其边壁的变化大多比较复杂，加以紊流本身的复杂性，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 式中 局部阻力系数。局部阻力系数是一无因次的量，它表示为克服阻力所消耗的动能的多少。局部阻力系数还不能从理论上求得，一般用实验方法确定，具体方法是，实验时先测出管部件前后的全压值，其差值即为局部压力损失，也就是局部阻力值，再除以与流速相对应的动能，便可得到局部阻力系数值。局部阻力系数也可根据已有的经验公式确定。一般通风工程书都会在附录中给出。2、减小局部阻力的措施局部阻力在通风、空调系统中占用较大的比例，所以在设计时应给以足够的重视。(1) 渐扩管和渐缩管当气体流经断面面积变化的管件（如渐扩管和渐缩管），或断面形状变化的管件（如异形管）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，因此应尽量避免风管断面的突然变化，用渐扩或渐缩代替突然扩大或突然缩小的管件，其角度最好在，不要超过，如图5-3所示。(2) 三通三通内流速不同的两股气流汇合时的碰撞，以及气流速度改变时形成的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。影响三通局部阻力的因素： 三通断面的形状 分支管中心夹角：一般不超过，只是在受到现场条件限制或者为了阻力平衡需要的情况下，才采用较大的夹角。 支管与总管的截面积比 支管与总管的流量比（即流速比）：应尽量使支管和干管内的流速保持相等。 三通的使用情况（用作分流还是合流）(3) 弯管管道布置时，应尽量采取直线，减少弯管，或者用弧管代替直角弯管。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12倍管径，如图5-5所示。矩形风管弯管断面的长宽比（B/A）越大，阻力越小，如图5-6所示，其曲率半径一般为当量直径的612倍。对于断面大的弯管，可在弯管内布置一组导流叶片，以减小旋涡区，降低弯管的阻力系数。(4) 管道进出口气流进入风管时，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，它在排出前所具有的能量全部损失。当出口处无阻挡时，此能量损失在数值上等于出口动压，即；当出口处有阻挡时（如风帽、网格、百叶），能量损失将大于出口动压，也就是局部阻力系数会大于1。因此，只有与局部阻力系数大于1的部分相应的阻力才是出口的局部阻力（即阻挡造成），等于1的部分是出口动压损失。为了降低出口动压损失，有时把出口制作成扩散角较小的渐扩管，如下图所示。 (5) 管道和风机的连接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，避免在接管处产生局部涡流。为了使风机正常运行，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，最好将其设置在离风机进口至少5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转方向一致。3.4 风管内的压力分布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。研究风管内空气压力的分布规律，有助于我们更好地解决通风除尘系统的设计和运行管理问题。根据能量守恒定律，可以写出空气在管道内流动时不同两断面间的能量方程（伯努利方程） 式中 断面1、2处的静压，Pa； 断面1、2处的动压，Pa； 管道中心线断面1、2处的高度，m； 重力加速度，m/s2； 断面1、2间摩擦阻力和局部阻力之和，Pa。由于空气密度小，由高程的不同所引起的管内、外位压变化很小，因此上式两边的第三项可以忽略，所以可以简化为 即断面1的全压等于断面2的全压加上管段12之间的阻力损失。我们可以利用上式对任一通风除尘系统的压力