局部排氣裝置導管設計程式 設計理念 長榮大學 陳友剛.

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1 局部排氣裝置導管設計程式 設計理念 長榮大學 陳友剛

2 管段 相同管徑的一段導管 管段中無其他導管匯入與匯出 沿管段設有不會改變管徑的管段配件 根據上遊端（管首）配件分類：
氣罩（對外開放吸氣口）：0 進 1 出 擴縮管（改變不同管段間的管徑）：1 進 1 出 合流（叉管、歧管）：2 進 1 出 排氣機（風扇）：每套系統只有一個 出口：每套系統只有一個，無導管 其他接頭（空氣清淨裝置等）：1 進 1 出

3 各類管段 管首配件 管段配件 氣罩管段 擴縮管段 其他管段 合流管段

4 各類管段 排氣機管段 其他管段 不計算管首配件的壓損 管首配件壓損計算方式： 給定壓損值 給定壓損係數 出口管段 無導管，但要計算管首壓損

5 配件壓力損失係數的計算方式 給定壓損值：DTP or DSP 給定壓損係數 C：DTP = C VP
全壓 給定壓損值：DTP or DSP 給定壓損係數 C：DTP = C VP 注意：壓損係數的定義 根據配件的幾何形狀，使用 ACGIH 經驗公式 靜壓 動壓

6 注意：壓損係數的定義 以擴張管為例： 進口風速 v1 = 12.0 m/s 進口管徑 d1 = 0.10 m
進口全壓 TP1 = mmAq 出口全壓 TP2 = -120 mmAq 1 2

7 注意：壓損係數的定義 出口風速：v2 = v1(d1/d2)2 = (12.0)(0.1/0.12)2 = 8.33 m/s
進口動壓 VP1 = (v1/4.04)2 = (12.0/4.04)2 = 8.82 mmAq 出口動壓 VP2 = (8.33/4.04)2 = 4.25 mmAq 進口靜壓 SP1 = TP1 – VP1 = -100 – 8.82 = mmAq 出口靜壓 SP2 = TP2 – VP2 = -120 – 4.25 = mmAq

8 如何定義壓損係數 1 2 一部份動壓轉換成靜壓，形成 static gain 1 2 SP -108.8 -124.3 VP 8.82
4.25 TP -100 -120 DSP = SP1 – SP2 = 15.5 mmAq DTP = TP1 – TP2 = 20 mmAq 用 TP 還是 SP？ 反映能量損失 用 VP1 還是 VP2？

9 各種壓損係數 用 VP1 與 DTP ： F = (TP1 – TP2) /VP1 = 2.27
ASHRAE 慣用 ACGIH 氣罩 用 VP1 與 DTP ： F = (TP1 – TP2) /VP1 = 2.27 用 VP2 與 DTP ： F = (TP1 – TP2) /VP2 = 4.71 用 VP1 與 DSP ： F = (SP1 – SP2) /VP1 = 0.51 用 VP2 與 DSP ： F = (SP1 – SP2) /VP2 = 1.06 不同技術手冊定義不同 ACGIH 使用 SP 的設計表

10 再舉一個氣罩的例子 氣罩後方導管風速 v2 = 10.0 m/s 該處 TP2 = -5.0 mmAq
氣罩前方 TP1 = SP1 = VP1 = 0 VP2 = (10.0/4.04)2 = 6.13 mmAq SP2 = TP2 – VP2 = mmAq 用 DTP 與 VP2 = (0 + 5)/6.13 = 0.81 用 DSP 與 VP2 = 11.1/6.13 = 1.81 ACGIH 使用 SP 的設計表： acceleration factor 1 2

11 動壓真正的定義 VP = rv2/2 技職教育的用法，在 1 atm 20 ℃（r = 1.2 kg/m3） 時：
空氣密度 VP = rv2/2 公制單位：Pa or N/m2 技職教育的用法，在 1 atm 20 ℃（r = 1.2 kg/m3） 時： VP = (v/4.04)2 VP (mmAq)、v(m/s) VP = (v/4005)2 VP(inAq)、v(fpm or ft/min) 導管內平均風速

12 管段壓力損失的計算方法 DTP = DSP = r (L/d)fVP 對平直導管而言，兩端 VP 相同，故無差別 管段全長 管徑
Darcy Factor：用根據 Moody diagram 曲線建立經驗公式

13 Moody Diagram

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15 Churchill 近似公式 r = 1.2 kg/m3（20°C） m = × 10-5 Pa-s

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17 粗糙度 e 材料 e (m) 玻璃、塑膠 0 （光滑） 銅、鉛 1.5×10-6 鋼、熟鐵 4.6×10-5 軟鐵（光面塗層）
1.2×10-4 軟鐵（未光面塗層） 2.4×10-4 混凝土 鉚鐵 1.8×10-3

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24 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）

25 風速 壓 力 損 失 風量 動壓 D P = C VP v Q / A K 2 = rv

26 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

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28 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（由此決定最大管徑） 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 程式中無法列入考量

29 如何決定搬運風速 污染物 愈濕黏 搬運風速 愈大 程式中可設定容許餘裕

30 導管中的平衡原則 相當於電路學中的 Kirchhof’s Law 風量平衡（質量守恆） Q3 = Q1 + Q2 3 1 2

31 分流問題

32 導管中的平衡原則 壓力平衡：沿不同路徑所計算得相匯點處的 TP 或 SP 應相同（能量守恆） A 3 1 2 B

33 管徑決定方式 給定管徑 根據各管段搬運風速決定最大管徑 搬運風速是導管風速下限值，由所需搬運的物質決定
檔板平衡法（blast gate balance）： 管徑 = 由搬運風速所定的最大值 決定檔板所需要的壓損，使相匯兩管段累積（含上遊）壓損一致 導管平衡法 調整管徑使相匯兩管段累積壓損一致或在一定範圍內

34 ACGIH 設計法—導管平衡 計算 v1、DSP1 與最大管徑 給定 Q1 計算 v2、DSP2與最大管徑 增加 Q1
DSP 較低側增加 Q 直到兩側 DSP 相同 => 增加壓損 也可以降低 Q2 使兩側 DSP 相同 => 會使 Q2 低於需求值 給定 Q2

35 ACGIH 設計法—導管平衡 計算 v1、DSP1 與最大管徑 給定 Q1
必要時降低 DSP 較低側管徑 => 減少 Q的增加量，但會增加 v 計算 v2、DSP2與最大管徑 也可以增加另側管徑 => 會使另側 v 低於搬運風速 給定 Q2

36 ACGIH 設計法—檔板平衡 計算 v1、DSP1 與最大管徑 給定 Q1 以檔板增加 DSP 較低側壓損 => 無需調整 Q 與 v

37 ACGIH 設計平衡法

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39 設計範例 空氣密度 r = 1.2 kg/m3 導管摩擦損失因數 f = 0.0243 肘管壓力損失係數 Fe = 0.22
氣罩壓力損失係數 Fh = 0.85

40 加上其他壓損係數得 SF ： 4.81（3.52 + 2Fe + Fh = 3.52 + (2)(0.22) + 0.85 = 4.81）
A-E4︰ 最大導管斷面積 A：Q/v = 8.5/60/23 = m2 最大管徑：(4A/p)1/2 = m 選取 d = m 導管面積 A：pd2/4 = m2 風速 v：Q/A = 8.5/60/ = m/s 動壓 VP = rv2/2 = (1.2)(28.182)/2 = 476 Pa 導管壓損係數：f ×L/d = (0.024)(11.6/0.08) = 3.52 加上其他壓損係數得 SF ： 4.81（ Fe + Fh = (2)(0.22) = 4.81） 本導管全壓損失：SF×VP = (4.81)(476 Pa) = 2290 Pa 導管末端全壓：0 – 2290 Pa = Pa 導管末端靜壓：SP = TP – VP = – 476 = Pa （or -( )(476)） VP SF acceleration factor

41 B-E4︰ 如前述… 選取 d：0.08 m 本導管靜壓損失係數：SF = (0.0243)() 本導管靜壓損失：SF×VP = (4.01)(48.67) = 195 mmAq 導管末端靜壓：-195 mmAq 比較 A-E4 與 B-E4︰ 導管末端靜壓值相對差：1-195/278 = 30 % > 20% 風量可能過大，可藉下列方法解決： 減少 A-E4 壓損，增加該管管徑：A-E4 風速會降低至最小搬運風速以下，故不採行 增加 B-E4 壓損，以檔板提供 = 92 mmAQ 的壓損，此為檔板平衡法 增加 B-E4 壓損，減少該管管徑，此為設計平衡法

42 減小 B-E4 管徑： 如前述… 選取 d：0.07 m 本導管靜壓損失：SF×VP = (4.18)(83.02) = 347 mmAq 導管末端靜壓：-347 mmAq 比較 A-E4 與 B-E4︰ 導管末端靜壓值相對差：1-278/327 = 20 % > 5% 未達壓力平衡，解決方案： 降低 B-E4 風量︰會使氣罩 B 風量低於需求值，故不採行 提高 A-E4 風量

43 提高 A-E4 風量︰ 力求 A-E4 與 B-E4 末端（E4）達到靜壓平衡 將 A-E4 風量調整至 8.5(327/278)1/2 = 9.5 m3/min 如前述… 本導管靜壓損失：SF×VP = (5.68)(60.75) = 347 mmAq 導管末端靜壓：-347 mmAq 繼續下游導管計算︰… 風量為 A-E4 與 B-E4 的總合 導管末端靜壓值由 A-E4 與 B-E4 絕對值較高者開始累加

44 進入程式或全新設計 只有出口與排氣機兩種管段

45 完成的設計 合流管段 管段名稱 計算所得兩側靜壓值 氣罩管段 顯示管段連接關係，線段長度不代表管長

46 管首配件設定

47 氣罩參數

48 管段參數

49 管段參數

50 管段配件管理

51 管段配件管理

52 合流配件設定

53 安裝管段

54 標準規格管徑

55 更新版本 容納 ACGIH 對合流壓損計算的修正 相容新的作業系統（程式與 setup 程式）： VISTA
64 位元操作系統（XP 與 VISTA）