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透风管道体例的策画谋略

时间:2019-10-05 05:17 来源:未知 编辑:admin

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通风管道系统的设计计算_建筑/土木_工程科技_专业资料。通风管道系统的设计计算 第8章通风管道系统的设计计算 8.0 概述 8.1 风管内气体流动的流态和阻力 8.2 风管内的压力分布 8.3 通...

  通风管道系统的设计计算_建筑/土木_工程科技_专业资料。通风管道系统的设计计算

  第8章通风管道系统的设计计算 8.0 概述 8.1 风管内气体流动的流态和阻力 8.2 风管内的压力分布 8.3 通风管道的水力计算 8.4 均匀送风管道设计计算 8.5 通风管道设计中的常见问题及其处理措施 8.6 气力输送系统的管道设计计算 8.0 概 述 ? 定义:把符合卫生标准的新鲜空气输送到室内各需要地点,把室 内局部地区或设备散发的污浊、有害气体直接排送到室外或经净化 处理后排送到室外的管道。 ? 分类:包括通风除尘管道、空调管道等。 ? 作用:把通风进风口、空气的热、湿及净化处理设备、送(排)风 口、部件和风机连成一个整体,使之有效运转。 ? 设计内容:风管及其部件的布置;管径的确定;管内气体流动时 能量损耗的计算;风机和电动机功率的选择。 ? 设计目标:在满足工艺设计要求和保证使用效果的前提下,合理 地组织空气流动,使系统的初投资和日常运行维护费用最优。 通风除尘管道 如图,在风机4的动力作用下,排风罩(或排风口)1将室 内污染空气吸入,经管道2送入净化设备3,经净化处理达到规 定的排放标准后,通过风帽5排到室外大气中。 室外大气 1 排风罩 2 风管 4 风机 5 风帽 1 排风罩 3 净化设备 有害气体 演示动画 通风除尘管道的敷设 空调送风系统 如图,在风机3的动力作用下,室外空气进入新风口1, 经进气处理设备2处理后达到 卫生标准或工艺要求后,由风 管4输送并分配到各送风口5 ,由风口送入室内。 室外大气 4 风管 1新风口 5 送风口 室内 3 风机 2 进气处理设备 8.1 风管内气体流动的流态和阻力 8.1.1 两种流态及其判别分析 流体在管道内流动时,其流动状态,可以分为层流、紊流。 雷诺数既能判别流体在风道中流动时的流动状态,又是计算 风道摩擦阻力系数的基本参数。 V ?D 在通风与空调工程中,雷诺数通常用右式表示: Re ? ? 8.1.2 风管内空气流动的阻力 ? 产生阻力的原因: 空气在风管内流动之所以产生阻力是因为空气是具有粘滞性 的实际流体,在运动过程中要克服内部相对运动出现的摩擦 阻力以及风管材料内表面的粗糙程度对气体的阻滞作用和扰 动作用。 ? 阻力的分类:摩擦阻力或沿程阻力;局部阻力 1 沿程阻力 空气在任意横断面形状不变的管道中流动时,根据流体力学原 理,它的沿程阻力可以按下式确定: 1 v2 ? ? ?Pm ? ? ? l 4 Rs 2 F Rs ? X (1)圆形风管的沿程阻力计算 对于圆形截面风管,其阻力由下式计算: 1 v2 ? ? ?Pm ? ? ? l D 2 单位长度的摩擦阻力又称比摩阻。对于圆形风管,由上式可知 其比摩阻为: Rm ? ?Pm / l ? ? v2 ? ? D ? 2 (8-5) 摩擦阻力系数λ与管内流态和风管管壁的粗糙度K/D有关 ? ? f ( Re ,K / D) 图8-1 摩擦阻力系数λ随雷诺数和相对粗糙度的变化 有关过渡区的摩擦阻力系数计算公式很多,一般采用适用三个区 的柯氏公式来计算。它以一定的实验资料作为基础,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: 1 ? K 2.51 ? ? ?2 lg? ? ? 3.71D ? ? ? Re ? ? ? (8-7) 为了避免繁琐的计算,可根据公式(8-5)和式(8-7)制成 各种形式的表格或线所示的通风管道单位长度摩擦阻 力线算图,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。 附录4 通风管道 单位长度摩擦阻 力线算图 需要说明的是,附录4的线算图是是按过渡区的?值,在压力 B0=101.3kPa、温度t0=200C、空气密度?0=1.24kg/m3、运动粘 度?=15.06×10-6m2/s、壁粗糙度K=0.15mm、圆形风管、气 流与管壁间无热量交换等条件下得的。当实际条件与上述不符 时,应进行修正。 1)密度和粘度的修正 2)空气温度和大气压力的修正 ? 273? 20 ? Kt ? ? ? 273 ? t ? ? 0.825 Rm ? Rm0 ( ? ?0 ) 0.91 (? ?0 ) Rm ? K t K BRm0 0.1 K B ? ( B 101.3) 0.9 3)管壁粗糙度的修正 Rm ? K r Rm0 [例8-1] 有一通风系统,采用薄钢板圆形风管( K = 0.15 mm),已 知风量L=3600 m2/h(1 m3/s)。管径D=300 mm,空气温 度t=30℃。求风管管内空气流速和单位长度摩擦阻力。 解:查附录4,得υ=14 m/s, Rm0=7.68 Pa/m 查图8-2得, K t =0.97 Rm ? K t Rm0 =0.97×7.68 Pa/m=7.45 Pa/m 2. 矩形风管的沿程阻力计算 《全国通用通风管道计算表》和附录4的线算图是按圆形风 管得出的,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,再由此 求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。 所谓“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,它有流速当量直径和流量当量直径两种。 (1)流速当量直径 (2)流量当量直径 [例8-2] 有一表面光滑的砖砌风道(K=3mm),横断面尺寸为 500mm× 400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h),求单位 长度摩阻力。 [解] 矩道风道内空气流速 1)根据矩形风管的流速当量直径Dv和实际流速V,求矩形 风管的单位长度摩擦阻力。 L 1 V? ? ? 5m / s ab 0.5 ? 0.4 2ab 2 ? 500 ? 400 DV ? ? ? 444mm a?b 500 ? 400 由V=5m/s、Dv=444mm查图得Rm0=0.62Pa/m 粗糙度修正系数 200 K t ? ? KV ? ? ? 3 ? 5? 0.25 0.25 Rm ? K t Rm 0 ? 1.96 ? 0.62 ? 1.22 Pa / m 空气量m3/s ? 1.96 1.0 0.01 0.1 0.62 100 Rm(Pa/m) 2)用流量当量直径求矩形风管单位长度摩擦阻力。 矩形风道的流量当量直径 D ? 1.3 ? a ?b ? 0.25 L ? 1.3 ? 0.4 ?0.5 ? 0.25 空气量m3/s ? 0.4 ×0.5?0.625 ? ab ?0.625 200 200 ? 0.447 m 1.0 1.0 由L=1m3/S、DL=487mm 查图2-3-1得Rm0=0.61Pa/m Rm=1.96×0.61=1.2 Pa/m 0.01 0.1 0.61 100 0.01 RmPa/m 2 局部阻力 一般情况下,通风除尘、空气调节和气力输送管道都要安装 一些诸如断面变化的管件(如各种变径管、变形管、风管进出口、 阀门)、流向变化的管件(弯头)和流量变化的管件(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,由于边壁或流量的变化,均匀流在这一 局部地区遭到破坏,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,由此产生了局部损失。 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: υ 2ρ Z?ζ 2 局部阻力系数也不能从理论上求得,一般用实验方法确定。在 附录5中列出了部分常见管件的局部阻力系数。 减小局部阻力的措施 局部阻力在通风、空调系统中占有较大的比例,在设计时应 加以注意。减小局部阻力的着眼点在于防止或推迟气流与壁面的 分离,避免漩涡区的产生或减小漩涡区的大小和强度。下面介绍 几种常用的减小局部阻力的措施。 (1) 渐扩管和渐扩管 几种常见的局部阻力产生的类型: 1、突变 2、渐变 3、转弯处 4、分岔与会合 1 1 θ2 θ3 3 2 θ1 θ2 2 3 (2) 三通 图8-4 三通支管和干管的连接 (3)弯管 图8-5 圆形风管弯头 (4) 管道进出口 图8-6 矩形风管弯头 图8-7 设有 导流片的直 角弯头 图8-8 风管进出口阻力 (5) 管道和风机的连接 图8-9 风机进出口管道连接 8.2 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。研究风管内压力的分布规律,有助于我们 正确设计通风和空调系统并使之经济合理、安全可靠的运行。 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。 8.2.1 动压、静压和全压 根据能量守恒定律,可以写出空气在管道内流动 时不同断面间的能量方程(伯努利方程)。 Pj1 ? 2 Z2 ?1 2 ? 2 ? Z1 ?g ? Pj 2 ? ?2 2 ? 2 2 ? Z 2 ?g ? ?P1?2 ? ?P1?2 1 Z1 Pj1 ? ?1 2 ? 2 ? Pj 2 ? ?2 2 ? 我们可以利用上式对任一通风空调系统的压力分布进行分析 8.2.2 风管内空气压力的分布 把一套通风除尘系统内气流的动压、静压和全压的变化表 示在以相对压力为纵坐标的坐标图上,就称为通风除尘系统的压 力分布图。 设有图8-10所示的通风系统,空气进出口都有局部阻力。 分析该系统风管内的压力分布。 8.3 通风管道的水力计算 8.3.1 风道设计的内容及原则 风道的水利计算分设计计算和校核计算两类。 风道设计时必须遵循以下的原则: (1)系统要简洁、灵活、可靠;便于安装、调节、控制与维修。 (2)断面尺寸要标准化。 (3)断面形状要与建筑结构相配合,使其完美统一。 8.3.2 风道设计的方法 风管水力计算方法有假定流速法、压损平均法和静压复得法 等几种,目前常用的是假定流速法。 8.3.3 风道设计的步骤 下面以假定流速法为例介绍风管水力计算的步骤。 (1)绘制通风或空调系统轴测图 (2)确定合理的空气流速 (3)根据各管段的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸,计 算最不利环路的摩擦阻力和局部阻力 (4)并联管路的阻力计算 (5)计算系统的总阻力 (6)选择风机 [例8-3] 图8-11所示为某车间的振动筛除尘系统。采用矩形伞形排风罩排尘,风管 用钢板制作(粗糙度K=0.15mm),输送含有铁矿粉尘的含尘气体,气体温度 为20℃。该系统采用CLSΦ800型水膜除尘器,除尘器含尘气流进口尺寸为 318mm×552mm,除尘器阻力900Pa。对该系统进行水力计算,确定该系统 的风管断面尺寸和阻力并选择风机。 8 l =12m l =4.2m l =6.2m 5 l =3.7m l =5.5m 2 l =5.5m 7 4 除尘器 10 L=5500m3/h 3 l =5.4m 风机 6 9 通风除尘系统的系统图 1 L=2650m3/h L=2700m3/h 8.4 均匀送风管道设计计算 在通风、空调、冷库、烘房及气幕装置中,常常要求把等量的 空气经由风道侧壁(开有条缝、孔口或短管)均匀的输送到各个空 间,以达到空间内均匀的空气分布。这种送风方式称为均匀送风。 均匀送风管道通常有以下几种形式: (1)条缝宽度或孔口面积变化,风道断面不变,如图8-14所示。 图8-14 风道断面F及孔口流量系数 ? 不变,孔口面积 f 0 变 化的均匀吸送风 吹出 吸入 从条缝口吹出和吸入的速度分布 (2)风道断面变化,条缝宽度或孔口面积不变,如图8-15所示。 图8-15风道断面F变化,孔口流量系数 ? 及孔口面积 的均匀送风 f0 不变 (3)风道断面、条缝宽度或孔口面积都不变,如图8-16所示。 风道断面F及孔口面积 f 0 不变时,管内静压会不断增大,可以根 据静压变化,在孔口上设置不同的阻体来改变流量系数 ?。 8.4.1 均匀送风管道的设计原理 风管内流动的空气,在管壁的垂直方向受到气流静压作用, 如果在管的侧壁开孔,由于孔口内外静压差的作用,空气会在垂直 管壁方向从孔口流出。但由于受到原有管内轴向流速的影响,其孔 口出流方向并非垂直于管壁,而是以合成速度沿风管轴线成 ? 角 的方向流出,如图8-17所示。 f0 f0 vj ? vd f v 图8-17 孔口出流状态图 1. 出流的实际流速和流向 静压差产生的流速为: 空气在风管内的轴向流速为: vj ? vd ? 2pj ? 2 pd ? 空气从孔口出流时,它的实际流速和出流方向不仅取决于静压 产生的流速大小和方向,还受管内流速的影响。孔口出流的实际速 度为二者的合成速度。速度的大小为: 利用速度四边形对角线法则,实际流速? 的方向与风道轴线 方向 ? 的夹角(出流角)为 ? ? ? j 2 ? ?d 2 tg? ? vj vd ? pj pd 2. 孔口出流的风量 对于孔口出流,流量可表示成: L0 ? 3600? ? f ? v ?j f ? f 0 sin ? ? f 0 ? L0 ? 3600? ? f 0 ? v j ? 3600? ? f 0 2 Pj ? 孔口处平均流速: L0 v0 ? ? ? ?vj 3600? f 0 3.实现均匀送风的条件 要实现均匀送风需要满足下面两个基本要求: 1)各侧孔或短管的出流风量相等; 2)出口气流尽量与管道侧壁垂直,否则尽管风量相等也不会均匀。 从式(8-34)可以看出,对侧孔面积 f 0 保持不变的均匀送风 管道,要使各侧孔的送风量保持相等,必需保证各侧孔的静压 p j 和 流量系数 ? 相等;要使出口气流尽量保持垂直,要求出流角 ? 接 近90°。 下面具体分析各项措施。 (1)保持各侧孔静压相等 如图8-18所示有两个侧孔,根据流体力学原理可知,断面1处的 全压 Pq1 应等于断面2处的全压 Pq 2 加上断面1-2间的阻力,即 Pq1 ? Pq 2 ? (Rml ? Z )1?2 Pj1 ? Pd1 ? Pj 2 ? Pd 2 ? ( Rml ? Z )1?2 由此说明,欲使两个侧孔静压相等,就必须有 Pd1 ? Pd 2 ? ( Rml ? Z )1?2 也就是说,若能使两个侧孔的动压降等于两侧孔间的风管阻力, 两侧孔处的静压就保持相等。 图8-18 侧孔出流状态图 (2)保持各侧孔流量系数相等 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.1 ? (3)增大出流角度 ? 0.5 1.0 图8-19 锐边孔口的 ? 值 L0 风管中静压与动压的比值愈大,气流在侧孔的出流角度? 也 愈大,即出流方向与管壁侧面愈接近垂直(如图8-20(a)所 示)。比值愈小,出流就会向风管末端偏斜,难于达到均匀送风 的目的(如图8-20(b)所示)。 a) b) 图8-20 侧孔气流出流方向与送风均匀性 8.4.2 均匀送风管道的计算 均匀送风管道计算的目的是确定侧孔的个数、间距、面积及 出风量,风管断面尺寸和均匀送风管段的阻力。 均匀送风管道计算和一般送风管道计算相似,只是在计算侧 孔送风时的局部阻力系数时需要注意。侧孔送风管道可以认为是支 管长度为零的三通。当空气从侧孔出流时产生两种局部阻力,即直 通部分的局部阻力和侧孔局部阻力。 直通部分的局部阻力系数 ? 可以按布达柯夫提出的公式确定 也可以由表8-7查出。 ? ? 0.35L 侧孔的局部阻力系数 ? 0 可以由塔利耶夫的试验数据(表8-8) 确定,也可以按下式计算 L 2 2 ?0 ? ( ) +( 1-0.33L0) ?f 0 8.5 通风管道设计中的常见问题及其处理措施 8.5.1 系统划分 8.5.2 风管的布置、选型及保温与防腐 1.风管布置 2.风管选型 风管选型包括断面形状的选取,材料的选择和管道规格。 3.风管保温 4.风道的防腐 5.管道及其设备的清洁 肮脏的室内送风口散流器 提示通风系统内过多的污垢 过滤器可以截留颗粒物和水溶性气体,但也容易滋生细菌 空调送风内部孢子扩散引起过滤器霉菌污染 8.5.3 进排风口布置 8.5.4 防爆及防火 8.6 气力输送系统的管道设计计算

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