《风管设计计算》PPT课件.ppt

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1、第第6章章通风管道的设计计算通风管道的设计计算本章内容提要及重点本章内容提要及重点1 1 水力计算基础水力计算基础2 2 通风管路水力计算通风管路水力计算3 3 管道内的压力分布管道内的压力分布4 4 均匀送风管道设计计算均匀送风管道设计计算5 5 通风管道设计中的有关问题通风管道设计中的有关问题第一节第一节 水力计算基础水力计算基础本本本本节节重点：重点：重点：重点：l l摩擦阻力与局部阻力的概念摩擦阻力与局部阻力的概念摩擦阻力与局部阻力的概念摩擦阻力与局部阻力的概念l l比摩阻的概念与比摩阻的概念与比摩阻的概念与比摩阻的概念与线线算算算算图图的使用的使用的使用的使用l l局部阻力系数的局部

2、阻力系数的局部阻力系数的局部阻力系数的查询查询一、摩擦阻力一、摩擦阻力空气在横断面形状不空气在横断面形状不变的管道内流的管道内流动时的摩擦阻力按下的摩擦阻力按下式式计算：算：摩擦阻力或沿程阻力是风管内空气流动时，由于空气本身的粘性及其与管壁间的摩擦而引起的沿程能量损失。对圆形风管：对圆形风管：对圆形风管：对圆形风管：式中风管内壁凸起的高度，mm。柯式公式不仅适用于紊流过渡区，而且也适用于紊流光滑管区和紊流粗糙管区。为了避免繁琐的计算，可根据式(1)和式(2)制成各种表或线解图，教材附录9(P243)就是一种线解图，可用于计算管道通风阻力。摩擦阻力系数与管内的流态Re和风管管壁的粗糙度/D有关，

3、f(Re,/D)。通风工程中常用柯列布鲁克(Colebrook)公式计算摩擦阻力系数，柯式公式为通通通通风风风风管管管管道道道道单单单单位位位位长长长长度度度度摩摩摩摩擦擦擦擦阻阻阻阻力力力力线线线线算算算算图图图图教材教材教材教材P243P243P243P243流速流速流速流速管径管径管径管径附附录6所所示示的的线解解图，可可供供计算算管管道道阻阻力力时使使用用。只只要要已已知知流流流流量量量量、管管管管径径径径、流流流流速速速速、阻阻阻阻力力力力四四个个参参数数中中的的任意两个，即可利用任意两个，即可利用该图求得其余的两个参数。求得其余的两个参数。1 1、密度和粘度修正、密度和粘度修正Pa

4、/m2 2、空气温度和大气压力修正、空气温度和大气压力修正Kt 和 KB 也可直接由图查得。3 3、管壁粗糙度的修正、管壁粗糙度的修正风管材料粗糙度/mm薄钢板或镀锌薄钢板0.150.18塑料板0.010.05矿渣石膏板1.0矿渣混凝土板1.5胶合板1.0砖砌体36混凝土13木板0.21.0各种材料的粗糙度当风管管壁的粗糙度当风管管壁的粗糙度0.15mm0.15mm时，可按下式修正。时，可按下式修正。例例：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(0.15mm)，已，已知风量知风量L3600m3/h(1m3/s)。管径。管径D300mm，空气温度，空气温度t30，求风

5、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。解：查图，得v14m/s，Rm07.7Pa/m。查图6-2得，Kt0.97。RmKtRm00.977.77.47Pa/m二、矩形风管的摩擦阻力二、矩形风管的摩擦阻力附附录6是是按按圆形形管管道道得得出出的的，对于于矩矩形形管管道道需需先先把矩形断面折算成当量直径。把矩形断面折算成当量直径。所所谓当当量量直直径径，是是指指与与矩矩形形风管管有有相相同同单位位长度度摩摩擦擦阻阻力力的的圆形形风管管的的直直径径，分分流流速速当当量量直直径径和和流量当量直径流量当量直径。1.1.流速当量直径流速当量直径D DV V2.2.流量当

6、量直径流量当量直径D DL L注意：注意：利用当量直径求矩形利用当量直径求矩形风管阻力管阻力时，要注意，要注意其其对应关系：关系：采用流速当量直径时，必须用流速去查比摩阻采用流速当量直径时，必须用流速去查比摩阻采用流速当量直径时，必须用流速去查比摩阻采用流速当量直径时，必须用流速去查比摩阻采用流量当量直径时，必须用流量去查比摩阻采用流量当量直径时，必须用流量去查比摩阻采用流量当量直径时，必须用流量去查比摩阻采用流量当量直径时，必须用流量去查比摩阻三三.局部阻力局部阻力 当当当当风风流流流流的的的的方方方方向向向向和和和和断断断断面面面面大大大大小小小小发发生生生生变变化化化化或或或或通通通通过

7、过管管管管件件件件设设备备时时，由由由由于于于于在在在在边边界界界界急急急急剧剧改改改改变变的的的的区区区区域域域域出出出出现现旋旋旋旋涡涡区区区区和和和和流流流流速速速速的重新分布而的重新分布而的重新分布而的重新分布而产产生的阻力称生的阻力称生的阻力称生的阻力称为为局部阻力局部阻力局部阻力局部阻力。当当空空气气流流过断断面面变变化化的的管管件件(如如各各种种变径径管管、风管管进出出口口、阀门)、流流向向变变化化的的管管件件（弯弯头）和和流流量量变变化化的的管管件件(如如三三通通、四四通通、风管管的的侧面面送送、排排风门)都都会会产生局部阻力。生局部阻力。由由由由实验测实验测定，并整理成定，并

8、整理成定，并整理成定，并整理成经验经验公公公公式，式，式，式，见见附附附附录录1010（P244P244）突然扩大突然扩大突然扩大突然扩大 突然缩小突然缩小突然缩小突然缩小渐扩管渐扩管渐扩管渐扩管 渐缩管渐缩管渐缩管渐缩管附录附录附录附录10 10 10 10 教材教材教材教材P244P244P244P244伞形罩伞形罩 圆形弯头圆形弯头 矩形弯头矩形弯头附录附录附录附录10 10 10 10 教材教材教材教材P244P244P244P244合流三通合流三通附录附录附录附录10 10 10 10 教材教材教材教材P244249P244249P244249P244249F F1 1+F+F2 2

9、FF3 3 F F1 1=F=F3 3=30=30v3F3v3F3v3F3F F1 1+F+F2 2=F=F3 3 =30=30F F1 1+F+F2 2FF3 3 F F1 1=F=F3 3=30=30如何查询局部阻力系数如何查询局部阻力系数？例例1 有一合流三通，如有一合流三通，如图所示，已知所示，已知L11.17m3/s(4200m3/h)，D1500mm，v15.96m/sL20.78m3/s(2800m3/h)，D2250mm，v215.9m/sL31.94m3/s(7000m3/h)，D3560mm，v37.9m/s分支管中心分支管中心夹角角30。求此三通的局部阻力。求此三通的局部

10、阻力。解：按附解：按附录7(P245)列出的条件，列出的条件，计算下列各算下列各值L2/L30.78/1.940.4F2/F3(D2/D3)2(250/560)20.2经计算算F1F2F3根据根据F1F2F3及及L2/L30.4、F2/F30.2查得得支管局部阻力系数支管局部阻力系数22.7直管局部阻力系数直管局部阻力系数10.73支管的局部阻力支管的局部阻力Pa直管的局部阻力直管的局部阻力Pa为什么局部阻力系数会出现负值为什么局部阻力系数会出现负值？两股气流在两股气流在汇合合过程中的能量程中的能量损失一般是不相同的，它失一般是不相同的，它们的局部阻力的局部阻力应分分别计算，算，对应有两个阻力

11、系数。有两个阻力系数。当合流三通内直管的气流速度大于支管的气流速度当合流三通内直管的气流速度大于支管的气流速度时，直管会引射支管气流，即流速大的直管气流失去能，直管会引射支管气流，即流速大的直管气流失去能量，量，流速小的支管气流得到能量流速小的支管气流得到能量，因而支管的局部阻力，因而支管的局部阻力有有时出出现负值。这称称为引射现象引射现象。解决的办法：解决的办法：尽可能做到各分支管内尽可能做到各分支管内流速相等流速相等 ，防止出现引射现，防止出现引射现象。象。例例2已知已知L2/L30.2，F2/F30.25F1F2F3，30查1和和21=0.24，2=-0.25思考思考已知已知L2/L30

12、.347，F2/F30.34F1F2F3，30如何如何查1和和2？线性插值法线性插值法减小局部阻力的措施减小局部阻力的措施(1)避免风管断面的突然变化避免风管断面的突然变化 用用渐缩或或渐扩管代替突然管代替突然缩小或突然小或突然扩大。大。(2)减少风管的转弯数量，尽可能增大转弯半径。减少风管的转弯数量，尽可能增大转弯半径。圆形形风管弯管弯头的曲率半径一般大于的曲率半径一般大于(12)倍管径；矩形倍管径；矩形风管弯管弯头断面的断面的长宽比（比（B/A）愈大，阻力愈小。采用）愈大，阻力愈小。采用矩形直角弯矩形直角弯头，应在其中在其中设导流片。流片。(3)三三通通汇汇流流要要防防止止出出现现引引射射

13、现现象象。分分支支管管道道中中心心线线夹夹角角要尽可能小。要尽可能小。一般要求不大于一般要求不大于30。(4)降低管道进口和排风口的流速降低管道进口和排风口的流速 气气流流进入入风管管时，由由于于产生生气气流流与与管管道道内内壁壁分分离离和和涡流流现象象造造成成局局部部阻阻力力，对于于不不同同的的进口口形形式式，局局部部阻阻力相差力相差较大。大。气气流流从从风管管口口排排出出时，其其在在排排出出前前所所具具有有的的能能量量全全部部损失失。当当出出口口处无无阻阻挡时，此此能能量量损失失等等于于出出口口动压，当当有有阻阻挡(风帽帽、网网格格、百百叶叶)时，能能量量损失失将将大大于于出出口口动压，就

14、是，就是说 1。为了降低出口了降低出口动压损失，失，有有时把出口制作成把出口制作成扩散角散角 较小的小的渐扩管，管，1。第二节第二节 风管内的压力分布风管内的压力分布单位体积流量的能量方程单位体积流量的能量方程对对于无于无于无于无压压源的水平管道，以管道源的水平管道，以管道源的水平管道，以管道源的水平管道，以管道轴线为轴线为基准面，基准面，基准面，基准面，则则有有有有压力坡度图压力坡度图2 21 13 34 45 56 67 78 89 9P P0 0第三节第三节 通风管路水力计算通风管路水力计算一一.何何为通通风管道的水力管道的水力计算算通通风管管道道的的水水力力计算算是是在在系系统统和和设

15、设备备布布置置、风风管管材材料料、各各送送排排风风点点的的位位置置和和风风量量均均已已确确定定的的基基础础上上，确确定定各各管管段段的的管管径径(或或断断面面尺尺寸寸)和和阻阻力力，保保证系系统内内达达到到要要求求的的风量量分分配配，最最后后确确定定风机机的的型号和型号和动力消耗。力消耗。通通风管管道道的的水水力力计算算最最常常用用的的方方法法是是假假定定流流速速法法。二二.假定流速法的假定流速法的计算步算步骤1.绘制通制通风或空或空调系系统轴测图，对各管段各管段进行行编号，号，标注注长度和度和风量；量；2.选定定最不利环路最不利环路；3.确定合理的空气流速确定合理的空气流速；4.根据根据风量

16、和流速确定管段的断面尺寸，量和流速确定管段的断面尺寸，计算算最最不利环路不利环路的摩擦阻力和局部阻力；的摩擦阻力和局部阻力；5.并并联管路的阻力平衡管路的阻力平衡；6.计算系算系统的的总阻力；阻力；7.选择风机机。实例实例如如图示的通示的通风系系统。风管用管用钢板制作，板制作，输送含有送含有轻矿物粉物粉尘的空的空气，气体温度气，气体温度为常温。常温。该系系统采用脉冲采用脉冲喷吹清灰袋式除吹清灰袋式除尘器，除器，除尘器阻力器阻力Pc1200Pa。对该系系统进行水力行水力计算，并算，并选择风机。机。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 l35除尘器除

17、尘器6风机风机7为最不利环路。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。根据教材表6-4(P159)，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管垂直风管12m/s、水平风管、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63001.056615m3/h。所选管径按通风管道统一规格调整为：D1200mm；实际流速v113m/s；由附录6的图得，Rm112.5Pa/m。同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，具体结果见下表。4、确定管段2、4的管径及单位长度摩擦阻力，见下表。管段1有水平风

18、管，根据L1=1500m3/h(0.42m3/s)、v114m/s，求出管径为：m=195mm管道水力计算汇总表管道水力计算汇总表管管流量流量长度长度管径管径流速流速动压动压局部局部阻力阻力系数系数局部局部阻力阻力比摩阻比摩阻摩擦摩擦阻力阻力管道管道阻力阻力1 1150015000.42 0.42 11112002001414117.6117.61.371.37161.1 161.1 12.512.5137.5137.5298.6 298.6 3 3230023000.64 0.64 5 52402401414117.6117.6-0.05-0.05-5.9-5.9 1212606054.1

19、54.1 5 5630063001.75 1.75 5 53803801414117.6117.60.610.6171.7 71.7 5.55.527.527.599.2 99.2 6 6661566151.84 1.84 4 4420420121286.486.40.470.4740.6 40.6 4.54.5181858.6 58.6 7 7661566151.84 1.84 8 8420420121286.486.40.60.651.8 51.8 4.54.5363687.8 87.8 2 28008000.22 0.22 6 61401401414117.6117.60.610.617

20、1.7 71.7 1818108108179.7 179.7 4 4400040001.11 1.11 6 62802801616153.6153.61.811.81278.0 278.0 14148484362.0 362.0 2 28008000.22 0.22 13013015.915.9249.7249.7 5、确定各管段的局部阻力系数查通风设计手册等资料确定局部阻力系数。(1)管段1设备密闭罩1.0900弯头(R/D=1.5)一个0.17直流三通(13)根据F1F2F3，即0.02830.0154 0.04370.0452300F2/F3(140/240)20.34，L2/L3800

21、/23000.348查得130.2(使用插值法)管段1总的局部阻力系数为1.00.170.21.37(2)管段2圆形伞罩600 0.09900弯头(R/D1.5)一个0.17600弯头(R/D1.5)一个0.14合流三通(23)230.2管段2总的局部阻力系数为0.090.170.140.20.6(3)管段3直流三通(35)，如图所示。F3F4F5即0.04520.06150.1080.11330F4/F5(280/380)20.54 L4/L54000/63000.63350.050.05(4)管段4设备密闭罩1.0900弯头(R/D1.5)一个0.17合流三通(45)450.64管段4总的

22、局部阻力系数为1.00.170.641.81(5)管段5除尘器进口变径管(渐扩管)除尘器进口尺寸300mm800mm，变径管长度l500mmtg=0.5(800-380)/5000.42 =22.70.600.60(6)管段6除尘器出口变径管(渐缩管)除尘器出口尺寸300mm800mm，变径管长度l500mmtg(/2)=0.5(800-420)/5000.38 =41.60 0.10900弯头(R/D1.5)2个20.170.34风机进口渐扩管按要求的总风量和估计的管网总阻力拟选一台风机，风机进口直径D1450mm，变径管长度l300mmF0/F6(450/420)21.15tg(/2)=0

23、.5(450-420)/3000.05 =5.700.02管段6总的局部阻力系数为0.10.340.020.46(7)管段7风机出口渐扩管风机出口尺寸360mm315mm D7420mm F7/F出0.138/0.1131.22 tg(/2)=0.5(420-360)/3000.1 =11.40 =0.02带扩散管的伞形风帽(h/D00.5)0.6管段7总的局部阻力系数为0.02+0.6=0.626、计算各管段的摩擦阻力和局部阻力计算结果见表。7、对并联管路进行阻力平衡(1)汇合点AP1334Pa P2=181.6Pa为了使管段1、2达到阻力平衡，改变管段2的管径，增大其阻力。减小管段2的管径

24、为mm根据通风管道统一规格，取D2120mm，此时的阻力Pa满足平衡条件，取D2120mm，其对应的阻力360.3Pa。(2)汇合点BP1P333454442PaP4435.9Pa满足平衡条件，管路1、3处于平衡。8、计算系统的总阻力按管路135除尘器6风机7进行计算PP1P3P5PcP6P7P33454112.9120066.8101.81870Pa9、选择风机风机风量Lf1.15L1.1566157607m3/h=2.11m3/s风机风压Pf1.15P1.1518702151Pa2.151kPa 管网阻抗KPf/Lf22.151/2.1120.483管网特性方程P0.483L2从风机产品目

25、录中选用离心排尘通风机。工况点风压为2.25kPa，风量为2.11m3/s，全压效率为88%。风机转数n2800r/min，配用Y132S2-2型电动机，功率7.5kW。第四节第四节 均匀送风管道设计计算均匀送风管道设计计算一一.设计的原理设计的原理孔口面孔口面积 上的平均流速上的平均流速 可以按下式可以按下式计算：算：孔口流出的孔口流出的孔口流出的孔口流出的风风量：量：量：量：风口的流速分布如口的流速分布如图：（矩形送（矩形送风管断面不管断面不变，采，采用等条用等条缝口送（排）口送（排）风）v要实现均匀送风可采取的措施要实现均匀送风可采取的措施：（：（如如图）1、设阻体；阻体；2、改、改变断

26、面断面积；3、改、改变送送风口断面口断面积；4、增大、增大F，减小，减小f0。二二.实现均匀送风的条件实现均匀送风的条件1.1.保持各侧孔静压相等保持各侧孔静压相等；即保持两侧孔静压相等的条件是：即保持两侧孔静压相等的条件是：两侧孔的动压降等于两侧孔的动压降等于两侧孔间的阻力两侧孔间的阻力。2.2.保持各侧孔流量系数相等保持各侧孔流量系数相等；与孔口形状、流角与孔口形状、流角以及以及 L0/L=有关，有关，在在 范范围内，内，0.6。3.3.增大出流角增大出流角。保持保持60，接近，接近90。必必须使使要求较高时，可在孔口处安装垂直于要求较高时，可在孔口处安装垂直于要求较高时，可在孔口处安装垂

27、直于要求较高时，可在孔口处安装垂直于侧壁的挡板，或把孔口改成短管。侧壁的挡板，或把孔口改成短管。侧壁的挡板，或把孔口改成短管。侧壁的挡板，或把孔口改成短管。三三.局部阻力系数和流量系数局部阻力系数和流量系数通通常常把把侧孔孔送送风的的均均匀匀管管道道看看作作是是支支管管长度度为0的的三三通通，局局部部阻阻力力包包含含两两部部分分：直直通通部部分分局局部部阻阻力力和和侧孔出流的局部阻力侧孔出流的局部阻力。侧孔孔流量系数流量系数=0.60.65；直流三通局部阻力系数：由直流三通局部阻力系数：由L0/L查表表6-6(P168)L L0 0L L1 1L LL0/L00.10.20.30.40.50.

28、60.70.80.910.150.050.020.010.030.070.120.170.230.290.35表表表表6-6 6-6 6-6 6-6 空气流过侧孔直通部分的局部阻力系数空气流过侧孔直通部分的局部阻力系数空气流过侧孔直通部分的局部阻力系数空气流过侧孔直通部分的局部阻力系数三三.实例实例如如图所所示示总风量量8000m3/h的的圆形形均均匀匀送送风管管道道，采采用用8个个等等面面积的的侧孔孔送送风，孔孔间距距为1.5m。试确确定定其其孔孔口口面面积、各断面直径及、各断面直径及总阻力。阻力。123456781.51.51.51.51.51.51.5先确定先确定先确定先确定侧孔个数侧孔

29、个数侧孔个数侧孔个数、侧孔间距侧孔间距侧孔间距侧孔间距及及及及每个侧孔的送风量每个侧孔的送风量每个侧孔的送风量每个侧孔的送风量，然后计算，然后计算，然后计算，然后计算出出出出侧孔面积侧孔面积侧孔面积侧孔面积、送风管道直径送风管道直径送风管道直径送风管道直径(或断面尺寸或断面尺寸或断面尺寸或断面尺寸)及及及及管道的阻力管道的阻力管道的阻力管道的阻力。【解答解答】第五节第五节 通风管道设计中的有关问题通风管道设计中的有关问题系系统划分划分 具体具体风管布置管布置风管断面及管道定型化管断面及管道定型化风管材料的管材料的选择风管的保温管的保温进排排风口口 具体具体防爆及防火防爆及防火本章本章结束束系统

30、划分系统划分对于下列情况于下列情况应设单独独排排风系系统：两种或两种以上的有害物两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃混合后能引起燃烧或爆炸；或爆炸；两种有害物两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐混合后能形成毒害更大或腐蚀性性的混合物或化合物；的混合物或化合物；两种有害物两种有害物质混合后易使蒸汽凝混合后易使蒸汽凝结并并积聚粉聚粉尘；放散放散剧毒物毒物质的房的房间和和设备。风管布置风管布置对进风口进风口：应设在室外空气在室外空气较清清洁的地方；的地方；应尽量尽量设在排在排风口的上口的上风侧；进风口底部不低于地坪口底部不低于地坪20米；米；降温用的排降温用的排风口口应设在背阴面。在背阴面。对排风

31、口排风口：净化后达到排化后达到排风标准的排准的排风口口应高出屋高出屋顶1米；米；不不应设在人在人员密集密集处。管内合理的空气流速管内合理的空气流速 教材教材教材教材P158P158返回返回返回返回阻力平衡阻力平衡为了保了保证各送、排各送、排风点达到点达到预期的期的风量，两并量，两并联支管的支管的阻力必阻力必须保持平衡。保持平衡。对一般的一般的通风系统通风系统，两支管的阻力，两支管的阻力差差应不超不超过15；除尘系统除尘系统应不超不超过10。若超。若超过上述上述规定，可采用下述方法使其阻力平衡。定，可采用下述方法使其阻力平衡。1.1.调调整支管管径整支管管径整支管管径整支管管径2.2.增大支管增大支管增大支管增大支管风风量量量量3.3.阀门调节阀门调节返回返回返回返回选择风机选择风机考考虑到到风管、管、设备的漏的漏风及阻力及阻力计算的不精确，算的不精确，应按下式的按下式的风量、量、风压选择风机：机：若若风机在非机在非标准状准状态下工作下工作时，则按下式按下式进行行换算：算：返回返回返回返回