局部排氣導管設計
基本假設 非壓縮性流，流體密度不變，質量守恆→風量（流量）守恆 導管無洩漏
造成靜壓變化的因素 管壁摩擦（同時造成全壓損失） 紊流（同時造成全壓損失） 流速改變（不造成全壓損失）
管壁摩擦
紊流壓損 DPS= F PV < 0
流速改變 靜壓下降 全壓幾乎不變
導管開口（含氣罩）的壓力損失 風速：0 -> 導管風速 動壓：增加 若無其他損失： 考慮摩擦與紊流損失 靜壓下降：且下降量 = 動壓增加量 全壓不變 考慮摩擦與紊流損失 全壓下降 靜壓下降，且下降量 > 動壓增加量
若無摩擦與紊流損失 Pv = 25 mmH2O Ps = -25 mmH2O Pt = 0 考慮摩擦與紊流損失 Ps = -40 mmH2O Pt = -15 mmH2O v = 20 m/s Pv Ps = 0 Pv = 0 Pt = 0 Pt Ps
描述氣罩壓力損失的方法 壓損因數（Entry Loss Factor，Fh） 進口係數（Coefficient of Entry，Ce）
氣罩壓損係數 氣罩後方 Pt = -Fh Pv or DPt = Fh Pv Ps = Pt –Pv = -Fh Pv –Pv = -(Fh + 1) Pv or DPs = (1 + Fh )Pv 1 ：加速因數
若無摩擦與紊流損失 Pv = 25 mmH2O Ps = -25 mmH2O Pt = 0 考慮摩擦與紊流損失 Ps = -40 mmH2O Pt = -15 mmH2O Fh = -Pt/Pv = 15/25 = 0.6 or = -Ps/Pv – 1 = 40/25 – 1 = 0.6 v = 20 m/s Pv Ps = 0 Pv = 0 Pt = 0 Pt Ps
氣罩進口係數 Ce = 氣罩風量/無壓損之流量 = Q/Qmax
若無摩擦與紊流損失 Pv = 25 mmH2O Ps = -25 mmH2O Pt = 0 考慮摩擦與紊流損失 Ps = -40 mmH2O Pt = -15 mmH2O v = 20 m/s Pv Ps = 0 Pv = 0 Pt = 0 Pt Ps
氣罩前後壓力變化 Fh Pv Ps = (1+Fh) Pv Pt = Fh Pv Ce
如何決定壓損係數 自行測試（壓力計，建議採用） 廠商提供資訊 經驗公式或圖表（最後手段）
風量 壓 力 損 失 風速 壓 力 損 失 DPt = K×Q2 v = Q/A 壓 力 損 失 Pv = rv2/2 DPt = F×Pv 動壓
局部排氣導管設計基本要求 每一氣罩風量須高於需求值 每一導管風速須高於搬運風速 其他考慮因素： 導管內物質濃度 風速上限：靜電、管壁摩耗、物料損失 出口排放風速 排氣機進出口管徑
如何決定氣罩風量 法令要求：控制風速與抑制濃度要求 作業人員個人採樣 煙霧測試或追蹤氣體 方法： 測試（建議採用） 圖表或經驗公式
log(氣罩設計風量) log(氣罩風量) log(容許濃度) log(個人採樣濃度)
如何決定搬運風速 污染物 愈濕黏 搬運風速 愈大
導管設計主要目的 決定各導管管徑 決定排氣機性能要求
例題 具單一氣罩之局部排氣裝置 氣罩風量：8.5 m3/min 氣罩壓損係數：Fh = 0.85 氣罩至排氣機導管： 排氣機至出口導管 搬運風速：23 m/s 以上 含有一肘管（Fe = 0.22） 排氣機至出口導管 長度：2.4 m 直徑：10 cm
Pt0 = Pv0 = Ps0 = 0 Ps4 = 0 2 3 4 1 2.4 m 11.6 m 計算方向 計算方向 空氣密度 r = 1.2 kg/m3 氣罩風量需求：Q = 8.5 m3/min 氣罩壓損係數：Fh = 0.85 肘管壓損係數：Fe = 0.22 排氣機前導管最低搬運風速：vmin = 23 m/s 排氣機後導管管徑：10 cm 導管摩擦損失因數 f = 0.024
0-1 Q = (8.5 m3/min)(1 min/60 s) = 0.1417 m3/s 導管截面積最大為：Amax = Q/vmin = (0.1417 m3/s)/(23 m/s) = 0.006159 m2 若導管截面積大於此值，導管內風速會小於規定的 23 m/s 導管最大管徑 dmax = (4Amax/p)1/2 = [(4)(0.006159 m2)/p]1/2 = 0.08856 m Amax = pdmax2/4
0-1（續） 若導管管徑只能使用 2、3、4、…cm：取管徑 d1 = 8 cm = 0.08 m 若以四捨五入取 d1 = 9 cm > dmax，會使導管內風速小於規定的 23 m/s 若導管管徑可以訂做（自由選取），則令 d1 = dmax = 0.08856 m 若管徑 d1 已事先給定，則無需上述步驟
0-1（續） 以管徑 d1 = 0.08 m 繼續以下計算： 導管截面積：A1 = pd12/4 = p (0.08 m)2/4 = 0.005027 m2 v1 = Q/A1 = (0.1417 m3/s)/(0.005027 m2) = 28.18 m/s > vmin = 23 m/s Pv1 = rv12/2 = (1.2 kg m/s)(28.18 m/s)2/2 = 476.6 Pa 在 20°C 時，若要求單位為 mmAq，則可使用 Pv1 = (28.18/4.04)2 = 48.7 mmAq
0-1（續） 氣罩壓損：DPth = Fh Pv1 = (0.85)(476.6 Pa) = 405.1 Pa 氣罩後方（點 1）： 氣罩後方導管動壓 氣罩壓損：DPth = Fh Pv1 = (0.85)(476.6 Pa) = 405.1 Pa 氣罩後方（點 1）： Pt1 = 0 – DPth = -405.1 Pa Ps1 = Pt1 – Pv1 = -405.1 Pa – 476.6 Pa = -881.7 Pa 或 Ps1 = -(1 + Fh) Pv1 = (1 + 0.85)(476.6 Pa) = -881.7 Pa acceleration factor
1-2 導管壓損：f(L12/d1)Pv1 = (0.024)(11.6 m)/(0.08 m)(476.6 Pa) = 1659 Pa 肘管壓損：FePv1 = (0.22)(476.6 Pa) = 104.9 Pa 1-2 的總壓損 DPt1-2 = 1659 Pa + 104.9 Pa = 1763 Pa 通式：DPt1-2 = (fL12/d1 + SF)Pv1 =[(0.024)(11.6)/(0.08) + 0.22](476.6 Pa) = 1763 Pa = DPs1-2 導管上配件壓損係數總和 導管摩擦壓損係數 A1 = A2，v1 = v2 ，Pv1 = Pv2，DPt 1-2 = DPs1-2
1-2（續） 排氣機入口（點 2）： Pv2 = Pv1 = 476.6 Pa Pt2 = Pt1 – DPt1-2 = -401.5 Pa – 1763 Pa = -2168 Pa Ps2 = Pt2 – Pv2 = -2168 Pa – 476.6 Pa = -2645 Pa 或 Ps2 = Ps1 – DPs1-2 = -881.7 Pa – 1763 Pa = -2645 Pa
4-3 排氣機後方導管：由出口往前算 排氣機後方導管管徑已給定： d3 = d4 = 10 cm = 0.1 m A3 = A4 = pd42/4 = pd32/4 = p (0.1 m)2/4 = 0.007854 m2 v3 = v4 = Q/A3 = Q/A4 = (0.1417 m3/s)/(0.007854 m2) = 18.04 m/s Pv3 = Pv4 = rv32/2 = rv42/2 = (1.2 kg/m3)(18.04 m/s)2/2 = 195.2 Pa
4-3（續） 出口（點 4） 導管 3-4 壓損： Ps4 = 0（大氣） Pt4 = Ps4 + Pv4 = 0 + 195.2 Pa = 195.2 Pa 導管 3-4 壓損： DPt3-4 = fL34/d3 Pv3 = (0.024)(2.4 m)/(0.1 m)(195.2 Pa) = 112.4 Pa = DPs3-4 A3 = A4，v3 = v4 ，Pv3 = Pv4，DPt 3-4 = DPs3-4
4-3（續） 排氣機出口（點 3） Pt3 = Pt4 + DPt3-4 = 195.2 Pa + 112.4 Pa = 307.7 Pa Ps3 = Pt3 – Pv3 = 307.3 Pa – 195.2 Pa = 112.4 Pa 其實就是 DPs3-4 ，因為 Ps3 = Ps4 + DPs3-4 = 0 + DPs3-4
Pv Pt FTP Ps FSP
FTP 與 FSP 排氣機全壓（FTP） = 排氣機出口全壓 – 排氣機入口全壓 = Pt3 – Pt2 = 307.7 Pa – (-2168 Pa) = 2476 Pa 用來計算耗電量 排氣機靜壓（FSP）： = FTP – 排氣機出口動壓（Pt3 – Pt2 – Pv3） = 排氣機出口靜壓 – 排氣機入口全壓（Ps3 –Pt2）= 112.4 Pa – (-2168 Pa) = 2281 Pa 排氣機標準規格（可以提高多少壓力） FTP
排氣機耗電量 總效率 h P = (0.1417 m3/s)(2476 Pa)/0.4 = 877 W = 0.877 kW 每運轉一小時耗電 0.877 度
系統需求曲線 FSP ≈Q2 設計點： FSP = 2281 Pa @8.5 m3/min 排氣機風量