空气流动基本原理精选课件.ppt

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1、关于空气流动基本关于空气流动基本原理原理第一页，本课件共有124页本章学习目标本章学习目标1.掌握风道流动的空气静压、位压、动压、全压的概念及其掌握风道流动的空气静压、位压、动压、全压的概念及其相应关系相应关系2.掌握空气流动的连续性方程和能量方程掌握空气流动的连续性方程和能量方程3.掌握紊流状态下的摩擦阻力、局部阻力的计算掌握紊流状态下的摩擦阻力、局部阻力的计算4.了解风流流态与风道断面的风速分布了解风流流态与风道断面的风速分布5.掌握通风网络中风流的基本定律和简单通风网路特性掌握通风网络中风流的基本定律和简单通风网路特性6.掌握自然风压的计算方法掌握自然风压的计算方法7.了解风道通风压力分

2、布了解风道通风压力分布8.了解吸入口与吹出口气流运动规律了解吸入口与吹出口气流运动规律9.掌握均匀送风与置换通风方式的原理掌握均匀送风与置换通风方式的原理第二页，本课件共有124页第一节第一节 风流压力风流压力 风流压力：风流压力：单位体积空气所具有的能够对外做功的机械能单位体积空气所具有的能够对外做功的机械能。一、静压一、静压 1.1.概念概念 由分子热运动产生的分子动能的一部分转化的能够对外做功由分子热运动产生的分子动能的一部分转化的能够对外做功的机械能叫静压能，用的机械能叫静压能，用E Ep p表示（表示（J/mJ/m3 3）。）。当空气分子撞击到器壁上时就有了力的效应，这种单位面积当空

3、气分子撞击到器壁上时就有了力的效应，这种单位面积上力的效应称为静压力，简称静压，用上力的效应称为静压力，简称静压，用p p表示（表示（N/mN/m2 2，即，即PaPa）工业通风中，静压即工业通风中，静压即单位面积上受到的垂直作用力单位面积上受到的垂直作用力。第三页，本课件共有124页 2.2.特点特点 （1 1）无论静止的空气还是流动的）无论静止的空气还是流动的空气都具有静压力空气都具有静压力。（2 2）风流中任一点的静压）风流中任一点的静压各向同值各向同值，且垂直作用面。，且垂直作用面。（3 3）风流静压的大小（可用仪表测量）反映了单位体积风流）风流静压的大小（可用仪表测量）反映了单位体积

4、风流所具有的能够对外做功的静压能的多少。所具有的能够对外做功的静压能的多少。3.3.表示方法表示方法 （1 1）绝对静压绝对静压：以真空为测算零点（比较基准）而测得的压：以真空为测算零点（比较基准）而测得的压力，用力，用p p表示。表示。（2 2）相对静压相对静压：以当地当时同标高的大气压力为测算基准：以当地当时同标高的大气压力为测算基准（零点）而测得的压力，即表压力，用（零点）而测得的压力，即表压力，用h h表示。表示。第四页，本课件共有124页P0BAPAPPBPAPBhA(+)hB(-)真空(0)图图2-1-1 2-1-1 绝对静压、相对静压和大气压之间绝对静压、相对静压和大气压之间的关

5、系的关系第五页，本课件共有124页 风流的绝对静压（风流的绝对静压（p p）、相对静压（）、相对静压（h h）和与其对应的大气压）和与其对应的大气压（p p0 0）三者之间的关系三者之间的关系（见图（见图2-1-12-1-1）：）：h=p-ph=p-p0 0二、动压二、动压 1.1.概念概念 当空气流动时，除位压和静压外，还有空气定向运动的动能，当空气流动时，除位压和静压外，还有空气定向运动的动能，用用E Ev v表示，表示，J/mJ/m3 3；其；其单位体积风流的动能所转化显现的压力单位体积风流的动能所转化显现的压力叫叫动压或称速压，用动压或称速压，用h hv v表示，单位表示，单位PaPa

6、。第六页，本课件共有124页 2.2.计算计算 设某点的空气密度为设某点的空气密度为i i（kg/mkg/m3 3），其定向运动的流速即风速为），其定向运动的流速即风速为 i i（m/sm/s），则单位体积空气所具有的动能为：），则单位体积空气所具有的动能为：，J/mJ/m3 3 E Evivi对外所呈现的动压对外所呈现的动压 ，PaPa第七页，本课件共有124页 3.3.特点特点 （1 1）只有做定向流动的空气才具有动压，因此动压具有）只有做定向流动的空气才具有动压，因此动压具有方向方向性性。（2 2）动压）动压总大于零总大于零。当作用面与流动方向有夹角时，其感受。当作用面与流动方向有夹角时

7、，其感受到的动压值将小于动压真值。故在测量动压时，应使感压孔垂到的动压值将小于动压真值。故在测量动压时，应使感压孔垂直于运动方向。直于运动方向。（3 3）在）在同一流动断面同一流动断面上，由于风速分布的不均匀性，各点的上，由于风速分布的不均匀性，各点的风速不相等，所以其风速不相等，所以其动压值不等动压值不等。（4 4）某断面动压即为该断面）某断面动压即为该断面平均风速平均风速计算值。计算值。第八页，本课件共有124页三、位压三、位压 1.1.概念概念 单位体积风流单位体积风流对于某基准面对于某基准面而具有的位能，称为位压，用而具有的位能，称为位压，用h hz z表示。表示。物体在地球重力场中因

8、地球引力的作用，由于位置的不同而具有的物体在地球重力场中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一种能量，叫重力位能，简称位能，用一种能量，叫重力位能，简称位能，用E Ep0p0表示。表示。E Ep0p0=MgZ,J=MgZ,J第九页，本课件共有124页abPiZ122211图图2-1-2 2-1-2 位压计算图位压计算图第十页，本课件共有124页 2.2.计算计算 在图在图2-1-22-1-2所示的井筒中，求所示的井筒中，求1-11-1、2-22-2两断面之间的位压，取两断面之间的位压，取2-22-2点为基准面（点为基准面（2-22-2断面的位能为零）。按下式计算断面的位能为零）。按下式计算

9、1-11-1、2-22-2断断面间位压：面间位压：,J/m,J/m3 3 此式是位压的数学定义式。即两断面间的位压的数值就等于此式是位压的数学定义式。即两断面间的位压的数值就等于两断面两断面间单位面积上的空气柱重量间单位面积上的空气柱重量的数值。的数值。第十一页，本课件共有124页 3.3.位压与静压的关系位压与静压的关系 当空气静止时（当空气静止时（v=0v=0），如图），如图2-1-22-1-2的系统。由空气静力学可的系统。由空气静力学可知，各断面的机械能相等。设知，各断面的机械能相等。设2-22-2断面为基准面，断面为基准面，1-11-1断面总机械能断面总机械能 E E1 1=E=Ep0

10、1p01+p+p1 1 2-2 2-2断面总机械能断面总机械能 E E2 2=E=Ep02p02+p+p2 2 由由E E1 1=E=E2 2得：得：E Ep01p01+p+p1 1=E=Ep02p02+p+p2 2 由于由于E Ep02p02=0=0（以（以2-22-2断面为基准面），断面为基准面），E Ep01p01=1212gZgZ1212，又得，又得p p2 2=E=Ep01p01+p+p1 1=1212gZgZ1212+p+p1 1 此即空气静止时，位压与静压之间的关系。此即空气静止时，位压与静压之间的关系。第十二页，本课件共有124页 4.4.位压的特点位压的特点 （1 1）位压是

11、相对某一基准面具有的能量，它随所选基准面的）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。变化而变化。（2 2）位压是一种潜在的能量，）位压是一种潜在的能量，不能不能像静压那样用仪表进行像静压那样用仪表进行直直接测量接测量。（3 3）位压和静压）位压和静压可以相互转化可以相互转化，当空气由标高高的断面流至，当空气由标高高的断面流至标高低的断面时，位压转化为静压；反之，当空气由标高低的标高低的断面时，位压转化为静压；反之，当空气由标高低的断面流至标高高的断面时，静压转化为位压。断面流至标高高的断面时，静压转化为位压。第十三页，本课件共有124页四、风流的全压和机械能四、风流的全压和

12、机械能 1.1.风流的全压风流的全压 风流中某一点的风流中某一点的动压和静压之和动压和静压之和称为全压。称为全压。全压也分为绝对全压（全压也分为绝对全压（p pt t）和相对全压（）和相对全压（h ht t）。）。在风流中某点在风流中某点i i的绝对全压均可用下式表示的绝对全压均可用下式表示 p ptiti=p=pi i+h+hvivi式中式中 p ptiti风流中风流中i i点的绝对全压，点的绝对全压，PaPa；p pi i风流中风流中i i点的绝对静压，点的绝对静压，PaPa；h hvivi风流中风流中i i点的动压，点的动压，PaPa。由上式可知，风流中的任一点的绝对全压由上式可知，风流

13、中的任一点的绝对全压恒大于恒大于绝对静压；绝对静压；相对全压有正负之分，与通风方式有关。相对全压有正负之分，与通风方式有关。第十四页，本课件共有124页 2.2.单位体积风流的机械能单位体积风流的机械能 根据能量的概念，单位体积风流的根据能量的概念，单位体积风流的机械能为机械能为单位体积风流的单位体积风流的静压能、动能、位能之和静压能、动能、位能之和，因此，从数值上来说，单位体积风，因此，从数值上来说，单位体积风流的机械能流的机械能E E等于静压、动压和位压之和，或等于全压和位压之等于静压、动压和位压之和，或等于全压和位压之和，即和，即 E=pE=pi i+h+hvivi+h+hZ Z或或 E

14、=pE=ptiti+h+hZ Z第十五页，本课件共有124页第二节第二节 风流流动基本方程风流流动基本方程 包括风流流动的包括风流流动的连续性连续性方程和方程和能量能量方程。方程。本节主要介绍工业通风中空气流动的压力和能量变化规律，本节主要介绍工业通风中空气流动的压力和能量变化规律，导出风道风流流动的连续性方程和能量方程。导出风道风流流动的连续性方程和能量方程。一、风流流动连续性方程一、风流流动连续性方程 风流在风道中的流动可以看作是风流在风道中的流动可以看作是稳定流稳定流（流动参数不随时间（流动参数不随时间变化的流动）。变化的流动）。质量守恒定律质量守恒定律 当空气从风道的当空气从风道的1

15、1断面流向断面流向2 2断面，且做定常流动时（即在流断面，且做定常流动时（即在流动过程中不漏风又无补给），则两个过流断面的空气质量流量动过程中不漏风又无补给），则两个过流断面的空气质量流量相等，即相等，即 1 1 1 1S S1 1=2 2 2 2S S2 2 第十六页，本课件共有124页 任一过流断面的质量流量为任一过流断面的质量流量为M Mi i（kg/skg/s），则），则 M Mi i=const=const这就是空气流动的连续性方程，适用于这就是空气流动的连续性方程，适用于可压缩和不可压缩可压缩和不可压缩流体。流体。（1 1）可压缩可压缩流体流体 当当S S1 1=S=S2 2时，空

16、气的密度与其流速成时，空气的密度与其流速成反比反比。（2 2）不可压缩不可压缩流体（密度为常数）流体（密度为常数）其通过任一断面的体积流量其通过任一断面的体积流量Q Q（m m3 3/s/s）相等，即）相等，即 Q=Q=i iS Si i=const=const 风道断面上风流的平均流速与过流断面的面积成风道断面上风流的平均流速与过流断面的面积成反比反比。第十七页，本课件共有124页二、风流流动能量方程二、风流流动能量方程 风流在图风流在图2-2-12-2-1所示的风道中由所示的风道中由1 1断面流至断面流至2 2断面，其间无其他断面，其间无其他动力源。设动力源。设1kg1kg空气克服流动阻力

17、消耗的能量为空气克服流动阻力消耗的能量为L LR R(J/kg(J/kg），周），周围介质传递给空气的热量为围介质传递给空气的热量为q q（J/kgJ/kg）；设）；设1 1、2 2断面的参数分别断面的参数分别为风流的绝对静压为风流的绝对静压p p1 1、p p2 2（PaPa），风流的平均流速），风流的平均流速 1 1、2 2（m/sm/s）；风流的内能）；风流的内能u u1 1、u u2 2（J/kgJ/kg）；风流的密度）；风流的密度1 1、2 2（kg/mkg/m3 3）；距基准面的高度）；距基准面的高度Z Z1 1、Z Z2 2（m m）。）。图图2-2-1 2-2-1 倾斜风道示意

18、图倾斜风道示意图0021Z1Z2第十八页，本课件共有124页 在在1 1断面下，断面下，1kg1kg空气具有的能量为空气具有的能量为 到达到达2 2断面时的能量为断面时的能量为 根据能量守恒定律，根据能量守恒定律，式中式中 q qR R 风流克服通风阻力消耗的能量后所转化的热风流克服通风阻力消耗的能量后所转化的热 能，能，J/kgJ/kg。第十九页，本课件共有124页 根据热力学第一定律，传给空气的热量（根据热力学第一定律，传给空气的热量（q qR R+q+q），一部分用），一部分用于增加空气的内能，一部分使空气膨胀对外做功，即于增加空气的内能，一部分使空气膨胀对外做功，即式中，式中，vv空气

19、的比体积，空气的比体积，m m3 3/kg/kg。又因为：又因为：将上两式代入前面的公式，并整理可得将上两式代入前面的公式，并整理可得 ,J/kg,J/kg 此即此即单位质量可压缩空气单位质量可压缩空气在无其他动力源的风道中流动时在无其他动力源的风道中流动时能能量方程的一般形式量方程的一般形式。第二十页，本课件共有124页 进一步可求得：进一步可求得：，J/kgJ/kg此即此即单位质量可压缩空气单位质量可压缩空气在无其他动力源的风道中流动时的在无其他动力源的风道中流动时的能能量方程量方程。同理，如有其他动力源并产生风压同理，如有其他动力源并产生风压L Lt t，则单位质量可压缩空，则单位质量可

20、压缩空气能量方程为：气能量方程为：，J/kgJ/kg第二十一页，本课件共有124页 设设1m1m3 3空气流动过程中的能量损失为空气流动过程中的能量损失为h hR R（PaPa），则由体积和质量的关），则由体积和质量的关系，其值为系，其值为1kg1kg空气流动过程中的能量损失（空气流动过程中的能量损失（L LR R）乘以按流动过程状）乘以按流动过程状态考虑计算的空气密度态考虑计算的空气密度m m ，即，即 h hR R=L=LR Rm m将上式代入前面的式子，可得将上式代入前面的式子，可得，J/mJ/m3 3。单位体积可压缩空气的能量方程（无其他动力源）。单位体积可压缩空气的能量方程（无其他动

21、力源）,J/m,J/m3 3。单位体积可压缩空气的能量方程（。单位体积可压缩空气的能量方程（有其他动力源有其他动力源）第二十二页，本课件共有124页式中，式中，p p1 1-p-p2 2 静压差；静压差；g gm m(Z(Z1 1-Z-Z2 2)或或 为为1 1、2 2断面的位压差；断面的位压差；是是1 1、2 2断面的速压差。断面的速压差。上式的物理意义为：上式的物理意义为：1m1m3 3空气在流动过程中的能量损失等于两空气在流动过程中的能量损失等于两断面间的断面间的机械能差机械能差。第二十三页，本课件共有124页三、使用单位体积流体能量方程的注意事项三、使用单位体积流体能量方程的注意事项

22、1.1.由于风道断面上风速分布的不均匀性和测量误差，从严格由于风道断面上风速分布的不均匀性和测量误差，从严格意义上讲，用实际测得的断面平均风速计算出来的断面总动能意义上讲，用实际测得的断面平均风速计算出来的断面总动能和断面实际总动能是不等的。实际测得的断面平均风速计算出和断面实际总动能是不等的。实际测得的断面平均风速计算出来的断面总动能应来的断面总动能应乘以动能系数乘以动能系数加以修正。加以修正。动能系数动能系数K Kv v是断面实际总动能与用实际测得的断面平均风速是断面实际总动能与用实际测得的断面平均风速计算出来的总动能的比值，计算式为：计算出来的总动能的比值，计算式为：式中，式中，v vl

23、 l为断面为断面S S上微小面积上微小面积dSdS的风速。的风速。K Kv v值一般为值一般为1.021.021.11.1。在实际工业通风应用中，。在实际工业通风应用中，可取可取K Kv v=1=1。第二十四页，本课件共有124页 2.2.在工业通风中，一般其动能差较小，式中在工业通风中，一般其动能差较小，式中m m可分别用各自可分别用各自断面上的密度来代替，以计算其动能差。断面上的密度来代替，以计算其动能差。3.3.风流流动必须是风流流动必须是稳定流稳定流，即断面上的参数不随时间的变化，即断面上的参数不随时间的变化而变化，所研究的始、末断面要选在缓变流场上。而变化，所研究的始、末断面要选在缓

24、变流场上。4.4.风流总是从总能量（机械能）大的地方流向总能量小的地风流总是从总能量（机械能）大的地方流向总能量小的地方。在判断方。在判断风流方向风流方向时，应用始、末两断面上的总能量来进行。时，应用始、末两断面上的总能量来进行。5.5.在始、末断面有在始、末断面有压源压源时，压源的作用方向与风流的方向一时，压源的作用方向与风流的方向一致，压源为正，说明压源对风流做功；反之，则为通风阻力。致，压源为正，说明压源对风流做功；反之，则为通风阻力。6.6.单位质量或单位体积流量的能量方程只适用于单位质量或单位体积流量的能量方程只适用于1 1、2 2断面间断面间流量不变流量不变的条件，对于流动过程中有

25、流量变化的情况，应按总的条件，对于流动过程中有流量变化的情况，应按总能量的守恒定律列方程。能量的守恒定律列方程。第二十五页，本课件共有124页第三节第三节 通风阻力通风阻力 通风阻力是当空气沿风道运动时，由于风流的黏滞性和惯性通风阻力是当空气沿风道运动时，由于风流的黏滞性和惯性以及风道壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成的，它是造成以及风道壁面等对风流的阻滞、扰动作用而形成的，它是造成风流能量损失的原因。风流能量损失的原因。通风阻力包括通风阻力包括摩擦阻力（沿程阻力）摩擦阻力（沿程阻力）和和局部阻力局部阻力。一、风流流态与风道断面风速分布一、风流流态与风道断面风速分布 1.1.管道风流流态管道风

26、流流态 层流层流：在流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴方向：在流速较低时，流体质点互不混杂，沿着与管轴方向平行的方向做层状运动，称为层流（或滞流）。平行的方向做层状运动，称为层流（或滞流）。紊流紊流：在流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上：在流速较大时，流体质点的运动速度在大小和方向上都随时发生变化，成为相互混杂的紊乱流动，称为紊流（或湍都随时发生变化，成为相互混杂的紊乱流动，称为紊流（或湍流）。流）。第二十六页，本课件共有124页第二十七页，本课件共有124页 管道内流动的状态的变化，可用管道内流动的状态的变化，可用无量纲雷诺数无量纲雷诺数来表征来表征式中式中 vv气流速度，气

27、流速度，m/sm/s；DD管道直径，管道直径，m m；气体密度，气体密度，kg/mkg/m3 3；气体动力黏度，气体动力黏度，PaSPaS。流体在直圆管内流动时，流动状态的变化：流体在直圆管内流动时，流动状态的变化：ReRe23202320（下临界雷诺数）：层流；（下临界雷诺数）：层流；23202320ReRe40004000（上临界雷诺数）：紊流。（上临界雷诺数）：紊流。实际工程计算中，以实际工程计算中，以Re=2300作为管道流动流态的判定准数，作为管道流动流态的判定准数，即：即：Re2300 紊流紊流。第二十八页，本课件共有124页（a）层流）层流（b）紊流）紊流图图2-3-1 2-3-

28、1 风流流态与风道断面风速分布示意图风流流态与风道断面风速分布示意图指数曲线指数曲线抛物线抛物线vcvc第二十九页，本课件共有124页 2.2.风道断面风速分布风道断面风速分布 层流流态层流流态的风流，断面上的流速分布为抛物线形，中心最大的风流，断面上的流速分布为抛物线形，中心最大速度速度v v0 0为平均流速的为平均流速的2 2倍（图倍（图2-3-12-3-1）。）。紊流状态紊流状态下，管道内流速的分布取决于下，管道内流速的分布取决于R Re e的大小。距管中心的大小。距管中心r r处的流速与管中心（处的流速与管中心（r=0r=0）最大流速）最大流速v v0 0的比值服从于的比值服从于指数定

29、律指数定律（图（图2-3-12-3-1）。式中式中 r r0 0管道半径；管道半径；nn取决于取决于ReRe的指数：当的指数：当R Re e=50000=50000时，时，n=1/7n=1/7；R Re e=200000=200000时，时，n=1/8n=1/8；R Re e=2000000=2000000时，时，n=1/10n=1/10。第三十页，本课件共有124页 设断面上任一点风速为设断面上任一点风速为v vi i，则风道断面的平均风速，则风道断面的平均风速v v为为式中，式中，S S为断面面积，为断面面积，即为通过断面即为通过断面S S上的风量上的风量Q Q，则，则 Q=vSQ=vS

30、断面上平均风速断面上平均风速v v与最大风速与最大风速v vmaxmax的比值称为的比值称为风速分布系数风速分布系数（速度场系数），用（速度场系数），用k kv v表示表示 其值与其值与风道粗糙度风道粗糙度有关。风道壁面愈光滑，该值愈大，即断面有关。风道壁面愈光滑，该值愈大，即断面上风速分布愈均匀。上风速分布愈均匀。第三十一页，本课件共有124页二、一般管道通风摩擦阻力及计算二、一般管道通风摩擦阻力及计算 圆形风道的摩擦阻力圆形风道的摩擦阻力h hr r可按下式计算：可按下式计算：，PaPa式中式中 摩擦阻力无量纲系数；摩擦阻力无量纲系数；v v风道内空气的平均流速，风道内空气的平均流速，m/

31、sm/s；空气的密度，空气的密度，kg/mkg/m3 3；LL风道长度，风道长度，m m；DD圆形风道直径，圆形风道直径，m m。如将风道长度为如将风道长度为1m1m摩擦阻力称为摩擦阻力称为比摩阻比摩阻，并以，并以h hb b表示，则表示，则 ，Pa/mPa/m第三十二页，本课件共有124页 当量直径当量直径：指以与非圆形风道有：指以与非圆形风道有相等比摩阻值相等比摩阻值的圆形风道直的圆形风道直径。分为径。分为流速流速当量直径当量直径和和流量流量当量直径当量直径两种，工程中一般用两种，工程中一般用流流速速当量直径当量直径D De e计算。计算。流速流速当量直径当量直径：假想一圆形风道中的空气流

32、速与：假想一圆形风道中的空气流速与矩形矩形风道的风道的空气流速相等，且单位长度摩擦阻力（比摩阻）也相等，计算空气流速相等，且单位长度摩擦阻力（比摩阻）也相等，计算出的圆形风道直径。可得出的圆形风道直径。可得流速当量直径流速当量直径D De e与断面积与断面积S S、断面周长、断面周长U U的关系的关系为：为：对于不同形状的通风断面，其对于不同形状的通风断面，其周长周长U U与断面面积与断面面积S S的关系的关系：式中，式中，CC断面形状系数（梯形断面形状系数（梯形C=4.16C=4.16，三心拱，三心拱C=3.85C=3.85，半圆，半圆拱拱C=3.90C=3.90）。）。第三十三页，本课件共

33、有124页 摩擦阻力无量纲系数摩擦阻力无量纲系数与风道内空气的与风道内空气的流动状态流动状态和管壁的和管壁的粗粗糙度糙度有关。有关。管壁的粗糙度分为管壁的粗糙度分为绝对绝对粗糙度粗糙度K K和和相对相对粗糙度粗糙度K/DK/D。1.1.当流动处于层流区、层流紊流过渡区、紊流光滑区，即当流动处于层流区、层流紊流过渡区、紊流光滑区，即 时，时，主要与主要与ReRe有关，与有关，与K/DK/D无明显关系；无明显关系；2.2.当流动处于紊流光滑区向紊流粗糙区过渡时，即当流动处于紊流光滑区向紊流粗糙区过渡时，即ReRe介于两介于两者之间时，者之间时，主要与主要与ReRe、K/DK/D均有关系；均有关系；

34、3.3.当流动处于阻力平方区（紊流粗糙区）时，即当流动处于阻力平方区（紊流粗糙区）时，即 时，时，只与只与K/DK/D有关。有关。第三十四页，本课件共有124页 对于流动为紊流光滑区向阻力平方区过渡时的摩擦阻力无量对于流动为紊流光滑区向阻力平方区过渡时的摩擦阻力无量纲系数纲系数，中国于，中国于19761976年编制的全国通用通风管道计算表年编制的全国通用通风管道计算表采用的公式为：采用的公式为：式中式中 K K风道内壁的当量绝对粗糙度，风道内壁的当量绝对粗糙度，mmmm；D D风道直径，风道直径，mmmm。第三十五页，本课件共有124页 在实际通风系统中，在实际通风系统中，风道直径很小、表面粗

35、糙的砖、混凝土风道直径很小、表面粗糙的砖、混凝土风道内和隧道及地下风道风道内和隧道及地下风道的流动状态属于的流动状态属于阻力平方区阻力平方区；除此以；除此以外，一般的通风管道的空气流动状态大多属于外，一般的通风管道的空气流动状态大多属于紊流光滑区到紊紊流光滑区到紊流粗糙区之间的过渡区流粗糙区之间的过渡区。在设计通风管道时，为避免繁琐的计算，可根据前面的公式在设计通风管道时，为避免繁琐的计算，可根据前面的公式制成各种制成各种表格或线算图表格或线算图。全国通用通风管道计算表全国通用通风管道计算表即是一即是一种表格形式。图种表格形式。图2-3-22-3-2则是根据上述公式得到的线算图，适用于则是根据

36、上述公式得到的线算图，适用于K=0.15mmK=0.15mm薄钢板风道。薄钢板风道。第三十六页，本课件共有124页第三十七页，本课件共有124页 工程计算中还常用一些工程计算中还常用一些简化公式简化公式，如，如 运用线算图或计算表，只要已知运用线算图或计算表，只要已知流量流量、管径管径、流速流速、阻力阻力四四个参数中的任意两个，即可求得其余两个参数。个参数中的任意两个，即可求得其余两个参数。必须指出：各种线算图或计算表格，都是在一些必须指出：各种线算图或计算表格，都是在一些特定的条件特定的条件下作出的，使用时必须注意。下作出的，使用时必须注意。第三十八页，本课件共有124页 当实际条件与图表条

37、件相差较大时，应加以修正。修正的内当实际条件与图表条件相差较大时，应加以修正。修正的内容主要有以下三类：容主要有以下三类：（1 1）粗糙度的修正粗糙度的修正 当风道内壁的粗糙度当风道内壁的粗糙度K0.15mmK0.15mm时，可先由图时，可先由图2-3-22-3-2查出查出h hb0b0，再近似按下式修正：再近似按下式修正：，Pa/mPa/m式中式中 h hb b实际比摩阻，实际比摩阻，Pa/mPa/m；h hb0b0图上查出的比摩阻，图上查出的比摩阻，Pa/mPa/m；K Kr r风道内壁粗糙度修正系数；风道内壁粗糙度修正系数；KK风道内壁粗糙度，风道内壁粗糙度，mmmm；vv风道内空气流速

38、，风道内空气流速，m/sm/s。第三十九页，本课件共有124页 （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 按下式修正：按下式修正：，Pa/mPa/m式中，式中，K Kt t温度修正系数，即温度修正系数，即 tt实际的空气温度，实际的空气温度，；K KB B大气压力修正系数，即大气压力修正系数，即 BB实际的大气压力，实际的大气压力，kPakPa。第四十页，本课件共有124页 K Kt t和和K KB B也可以直接由图也可以直接由图2-3-32-3-3查得。从图中可看出，在查得。从图中可看出，在0 0100100范围内，可范围内，可近似近似把温度和压力的影响看作是把温度和压力的

39、影响看作是直线关系直线关系。1.11.11.01.00.90.90.80.80.70.70.60.66060707080809090100100-50-500 05050100100150150t/t/B/kPaB/kPaK KB BK Kt tB B图图2-3-3 2-3-3 温度与大气压的修正系数温度与大气压的修正系数第四十一页，本课件共有124页【例例例例1 1 1 1】已知太原市某厂一通风系统采用钢板制圆形风道，风已知太原市某厂一通风系统采用钢板制圆形风道，风已知太原市某厂一通风系统采用钢板制圆形风道，风已知太原市某厂一通风系统采用钢板制圆形风道，风量量量量L=1000 mL=1000

40、 mL=1000 mL=1000 m3 3 3 3/h/h/h/h，管内空气流速，管内空气流速，管内空气流速，管内空气流速v=10 m/sv=10 m/sv=10 m/sv=10 m/s，空气温度，空气温度，空气温度，空气温度t=80t=80t=80t=80，求风，求风，求风，求风管的管径和单位长度的沿程损失。（太原市大气压力为管的管径和单位长度的沿程损失。（太原市大气压力为管的管径和单位长度的沿程损失。（太原市大气压力为管的管径和单位长度的沿程损失。（太原市大气压力为91.9 kPa91.9 kPa91.9 kPa91.9 kPa）解：由线算图查得：解：由线算图查得：解：由线算图查得：解：由

41、线算图查得：D=200 D=200 D=200 D=200 h hb0b0=6.8 Pa/m=6.8 Pa/m=6.8 Pa/m=6.8 Pa/m，太原市大气压力：太原市大气压力：太原市大气压力：太原市大气压力：B=91.9 kPa B=91.9 kPa B=91.9 kPa B=91.9 kPa 由图由图由图由图2-3-32-3-32-3-32-3-3查得：查得：查得：查得：K K K Kt t t t=0.86=0.86=0.86=0.86，K K K KB B B B=0.92=0.92=0.92=0.92 所以，所以，所以，所以，h h h hb b b b=K=K=K=Kt t t

42、tK K K KB B B Bh h h hb0b0b0b0=0.86=0.86=0.86=0.860.926.8=5.38 Pa/m0.926.8=5.38 Pa/m0.926.8=5.38 Pa/m0.926.8=5.38 Pa/m第四十二页，本课件共有124页【例例例例2 2 2 2】有一钢板制矩形风道，有一钢板制矩形风道，有一钢板制矩形风道，有一钢板制矩形风道，K=0.15 mmK=0.15 mmK=0.15 mmK=0.15 mm，断面尺寸为，断面尺寸为，断面尺寸为，断面尺寸为500250 500250 500250 500250 mmmmmmmm，流量为，流量为，流量为，流量为L=

43、2700 mL=2700 mL=2700 mL=2700 m3 3 3 3/h/h/h/h，空气温度为，空气温度为，空气温度为，空气温度为t=50t=50t=50t=50，求单位长度摩擦，求单位长度摩擦，求单位长度摩擦，求单位长度摩擦阻力损失。阻力损失。阻力损失。阻力损失。解：解：解：解：矩形风管内空气流速矩形风管内空气流速矩形风管内空气流速矩形风管内空气流速 =m/s=m/s=m/s=m/s流速当量直径流速当量直径流速当量直径流速当量直径 =m=m=m=m由由由由 =6 m/s=6 m/s=6 m/s=6 m/s，=330 mm=330 mm=330 mm=330 mm，查图，查图，查图，查

44、图2-3-22-3-22-3-22-3-2得：得：得：得：h h h hb0b0b0b0=1.2 Pa/m=1.2 Pa/m=1.2 Pa/m=1.2 Pa/m由图由图由图由图2-3-32-3-32-3-32-3-3查得：查得：查得：查得：t=50t=50t=50t=50时，时，时，时，K K K Kt t t t=0.92=0.92=0.92=0.92所以所以所以所以 h h h hb b b b=K=K=K=Kt t t th h h hb0b0b0b0=0.92=0.92=0.92=0.921.2=1.1 Pa/m1.2=1.1 Pa/m1.2=1.1 Pa/m1.2=1.1 Pa/m第

45、四十三页，本课件共有124页 （3 3）密度和黏度的修正密度和黏度的修正 ，Pa/mPa/m式中式中 实际的空气密度，实际的空气密度，kg/mkg/m3 3；vv实际的空气运动黏度，实际的空气运动黏度，m m2 2/s/s。【例例例例3 3 3 3】有一表面光滑的砖砌风道（有一表面光滑的砖砌风道（有一表面光滑的砖砌风道（有一表面光滑的砖砌风道（K=3mmK=3mmK=3mmK=3mm），断面尺寸为），断面尺寸为），断面尺寸为），断面尺寸为500400 mm500400 mm500400 mm500400 mm，流量为，流量为，流量为，流量为L=1 mL=1 mL=1 mL=1 m3 3 3 3

46、/S/S/S/S（3600 m3600 m3600 m3600 m3 3 3 3/h/h/h/h），求单位长度摩擦），求单位长度摩擦），求单位长度摩擦），求单位长度摩擦阻力。阻力。阻力。阻力。第四十四页，本课件共有124页三、阻力平方区通风风道摩擦阻力及计算三、阻力平方区通风风道摩擦阻力及计算 对于紊流粗糙区（阻力平方区）的摩擦阻力无量纲系数对于紊流粗糙区（阻力平方区）的摩擦阻力无量纲系数一一般采用以下公式般采用以下公式或或第四十五页，本课件共有124页 在实际通风系统中，紊流粗糙区的风道如为非圆形，在前面在实际通风系统中，紊流粗糙区的风道如为非圆形，在前面计算圆形风道摩擦阻力计算圆形风道摩擦

47、阻力h hr r的式子中，用当量直径的式子中，用当量直径D De e代替代替D D，则得，则得到到阻力平方区风道的摩擦阻力阻力平方区风道的摩擦阻力h hr r计算式计算式：因此，对于几何尺寸和风道壁面已定型的紊流粗糙区通风风因此，对于几何尺寸和风道壁面已定型的紊流粗糙区通风风道，道，之与之与K/DK/D有关，可视为定值，在标准状态下空气密度为有关，可视为定值，在标准状态下空气密度为1.2kg/m1.2kg/m3 3，故令，故令 ，摩擦阻力系数摩擦阻力系数，kg/mkg/m3 3或或NsNs2 2/m/m4 4。第四十六页，本课件共有124页 前人通过大量实验和实测所得的、在标准状态（密度为前人

48、通过大量实验和实测所得的、在标准状态（密度为1.2kg/m1.2kg/m3 3）条件下的各类风道的摩擦阻力系数，即标准值）条件下的各类风道的摩擦阻力系数，即标准值0 0见见附录附录1010。当风道中空气密度当风道中空气密度不等于不等于1.2kg/m1.2kg/m3 3时，可按下式修正：时，可按下式修正：将将代入代入摩擦阻力计算公式摩擦阻力计算公式，可得，可得 若通过风道的风量为若通过风道的风量为Q Q（m m3 3/s/s）时，则）时，则 对于已定型的风道，对于已定型的风道，L L、S S、U U等为已知，故令等为已知，故令 ，风道的摩擦风阻风道的摩擦风阻，kg/mkg/m7 7或或NsNs2

49、 2/m/m8 8 第四十七页，本课件共有124页 在正常条件下当某一风道中的空气密度一般变化不大时，可在正常条件下当某一风道中的空气密度一般变化不大时，可将将R Rr r看作是反映风道几何特征的参数。看作是反映风道几何特征的参数。代入摩擦阻力计算公式，则有代入摩擦阻力计算公式，则有 ，PaPa 此式就是此式就是紊流粗糙区（阻力平方区）下的摩擦阻力定律紊流粗糙区（阻力平方区）下的摩擦阻力定律。即。即当当摩擦风阻摩擦风阻一定时，摩擦阻力与一定时，摩擦阻力与风量的平方风量的平方成成正比正比。第四十八页，本课件共有124页 例例 某设计地下风道为梯形断面某设计地下风道为梯形断面S=8mS=8m2 2

50、，L=1000mL=1000m，采用工字钢，采用工字钢棚支护，支架截面高度棚支护，支架截面高度d d0 0=14cm=14cm，纵口径，纵口径=5=5，计划通过风量，计划通过风量Q=1200mQ=1200m3 3/min/min。预计风道中空气密度。预计风道中空气密度=1.25kg/m=1.25kg/m3 3，求该段风道，求该段风道的通风阻力。的通风阻力。解：根据所给的解：根据所给的d d0 0、Q Q值，由附录值，由附录1010查得查得 0 0=284.210=284.210-4-4 0.88=0.025 Ns0.88=0.025 Ns2 2/m/m4 4 则则 风道实际摩擦阻力系数风道实际