通风风流基础理论 及空气参数计算 通风风流基础理论及空气参数计算.

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1 通风风流基础理论 及空气参数计算 通风风流基础理论及空气参数计算

2 主要内容 风压计算及测试 通风基础理论 干湿空气密度计算 连续方程及风速测定 能量方程及应用 通风阻力及计算

3 风流理论与参数计算 本部分主要讨论以下问题： 1、干、湿空气密度的计算； 2、风压(静压、动压和全压)的计算及测定；
3、通风连续方程及其应用； 4、通风风流型式、风流结构及风速分布与风速测定； 5、通风能量方程及其应用； 6、（通风阻力及其计算）。

4 通风风流基础理论及空气参数计算 §2.1 通风空气参数 §2.2 风流流动特性 §2.3 空气流动过程的基本方程 §2.4 风流参数的测定

5 密度定义式：单位体积空气所具有的质量。kg/m3 ， 用符号ρ表示：
§2.1 通风空气参数 一、干、湿空气密度的计算 密度定义式：单位体积空气所具有的质量。kg/m3 ， 用符号ρ表示： 式中 M—空气的质量，kg； V—空气的体积，m3。 空气密度随空气压力、温度及湿度而变化。 实际空气密度计算式由气态方程求得。

6 P、P0—分别为实际状态及标准状态下的空气压力，千帕（kpa）； T、T0—分别为实际状态及标准状态下空气的热力学温度，K。
一、干、湿空气密度的计算 气态方程： 式中ρ—干空气实际密度，kg/m3； ρ0—标准状态干空气的密度，kg/m3； P、P0—分别为实际状态及标准状态下的空气压力，千帕（kpa）； T、T0—分别为实际状态及标准状态下空气的热力学温度，K。

7 注意！式中P为空气的绝对压力，单位为kPa；T为空气的热力学温度（K），T=273+t, t为空气的摄氏温度（℃）。
一、干、湿空气密度的计算 标准状态：T0=273K，P0=101.3kPa,干空气密度ρ0=1.293 kg/m3。干空气密度计算式： 注意！式中P为空气的绝对压力，单位为kPa；T为空气的热力学温度（K），T=273+t, t为空气的摄氏温度（℃）。

8 道尔顿分压定律: P=Pd+Ps , Ps=ψPb
干、湿空气密度的计算 湿空气：湿空气压力等于干空气分压与水蒸汽分压之和。 干空气 P 水蒸气 湿空气 Pd Ps 道尔顿分压定律: P=Pd+Ps , Ps=ψPb

9 一、干、湿空气密度的计算 根据道尔顿分压定律即可推导出湿空气密度计算式： 式中 ρw —湿空气密度, kg/m3； ψ—空气相对湿度，%； Pb—饱和水蒸汽压力，kPa

10 二、空气压力—静压 风压：通风中空气压力也叫风流压力（简称为风压），它是表示运动空气所具有的能量, 它包括静压、动压和全压。
静压：气体分子对容器壁所施加的压力。 基本性质：静压总是垂直并指向作用面；静压各向同值。 表示形式：绝对静压—以绝对零压作为基准的静压, 用Pk表示；相对静压—以当地大气压力为基准的静压, 用Pr表示。

11 二、空气压力—静压 绝对静压和相对静压的关系： 关系式: Ｐr = Ｐk -Ｐ0 绝对真空 当地大气压 Pk Pr P0

12 二、空气压力—静压 不同标高静压计算：流体力学欧拉方程: dp =ρg dz 积分即得静压计算式： P =P0 -ρg z
式中z—相对于基准的高度, m； p0—z = 0基准处的空气静压,Pa( N/m2)； p —高度为z处的空气静压，Pa(N/m2)； ρ—空气密度，kg/m3 ； g—重力加速度，m/s2。

13 二、空气压力—静压 可压缩空气密度：近似按等温过程处理，即多变指数n=1，由气态方程（P=ρRT）和欧拉方程得：
式中 T——空气的热力学温度，K； R——空气的气体常数，R=287J/kg·K。 简化计算式：展开成级数，略去高项。

14 二、空气压力—动压，全压 动压： 动压—单位体积风流运动所具有的动能。它恒为正，具有方向性，它的方向就是风流运动的方向。单位体积空气的质量为ρ（kg/m3），风流速度为υ(m/s)，由动能公式即得风流动压Hu(Pa)计算式： Hu =ρυ2/ 2 全压： 全压Pt等于静压Ps与动压Hu之和，即 Pt = Ps + Hu

15 空气压力—动压、静压、全压关系

16 空气压力—动压、静压、全压关系

17 空气压力—单位 空气压力的国际单位为帕（Pa）、牛顿/米2（N/m2）。1Pa=1 N/m2。我国法定计量单位制规定，空气压力（压强）的单位为帕。帕（Pa）单位比较小，还可用百帕（hPa）、千帕（kPa）表示 hPa=100Pa；1kPa=1000Pa。

18 空气压力—测定 分为： 空气绝对压力测定 空气相对压力测定

19 三、粘 度 粘度：表示空气粘性大小的指标，分为动力粘度和运动粘度。
三、粘 度 粘度：表示空气粘性大小的指标，分为动力粘度和运动粘度。 动力粘度：一般用μ表示, 其单位为N·S/m2 (Pa·s), 受气温影响, 与压力无关。 运动粘度：一般用υ表示，其单位为m2 /s，受温度和压力影响。 μ与υ之间的关系：υ=μ/ρ，其中ρ为空气的密度（kg/m3）。计算中, υ和μ可直接通过查表获得。

20 §2.2 风流流动特性 一、 风流流态 流态判据：雷诺数Re，当Re>2300时为紊流，反之为层流。Re值计算式： Ｕm—流道流体平均速度，m/s; ν—空气运动粘度，m2/s; D—流道直径，m。 非圆流道：用等效直径 De=4S/Px 取代直径D 。其中S为流道的断面积（m2），Px为流道断面周长（m）。

21 二、风流型式及风速 管道的体积风量： Q=∫s ui ds ui—管道横断面上任一点的风速，m/s; S—管道横断面积，m2;
Q—管道横断面上通过的体积风量，m3/s。

22 风流型式及风速—射流 分为自由射流和有限射流

23 风流型式及风速—射流 自由射流风流结构主要参数: 扩张角θ和射流边界层宽度R, 它们的计算式为: tg(θ/2)=3.4a
R = X tg(θ/2) = 3.4 a X a—射流风流结构系数, 圆管a = 0.06～0.08 ; X—离射流极点的距离。 射流体风速分布： un—射流体轴线的风速，m/s; ur—射流体内距轴线r距离处的风速,m/s。

24 风流型式及风速—汇流 分自由汇流(如空间点汇)和有限汇流(如实际风筒入口的汇流)。空间点汇风速计算： Q——汇流体积风量，m3/s；
r——距点汇的距离，m； ｕr——r点处的风速，m/s。 风速与距离r的平方成反比, 即距离增大, 风速激剧降低。 r

25 §2.3 空气流动过程的基本方程 一、连续方程计算 流体力学连续方程: 一维流道： ∫s ρu ds = 常数 稳定一维流动，流经流道各断面的空气质量相等。 平均速度Um：

26 一、连续方程计算 一维流道风流质量连续方程： Um1S1ρ1=Um2S2ρ2 式中 Um1、Um2——流道1、2断面的平均风速，m/s；
S1、S2——流道1、2断面的断面积，m2； ρ1、ρ2——流道1、2断面的空气密度，kg/m3。 等密度：即ρ1=ρ2时： Um1S1 = Um2S2

27 一、连续方程计算 多支管(巷)道连续方程： 节点分析法原理：流入、流出节点的质量流量的代数和为零。 式中下标i表示节点处的第i分支；
n表示节点处总的分支数； “±”表示风流的流动方向。

28 二、能量方程 能量方程是风流运动中能量守恒的数学表达式。 流体运动所具有的能量包括内能U和机械能E，而机械能包括流体的静压能P，动压能ρυ2/2和位势能Zρg，即 E = P + Zρg +ρυ2/2 如图所示的流体微束，流体从断面1运动到断面2的过程，由于与外界发生热交换及对外界做功，其能量就要发生变化。

29 二、能量方程

30 U1、U2——分别为断面1、2流体的内能； E1、E2——分别为断面l、2流体的机械能； q——流体与外界交换的热量；
二、能量方程 根据热力学第一定律有 （U1 + E1）-（U2 + E2）= q + h U1、U2——分别为断面1、2流体的内能； E1、E2——分别为断面l、2流体的机械能； q——流体与外界交换的热量； h——流体对外界所做的功。 对于绝热过程q = 0；对于等温过程U1=U2。则不可压缩流体绝热、等温的稳定流动过程的能量方程为：

31 二、能量方程应用 有风机能量方程： 水平管道，进口与出口均为大气压时，风机风压H与风流阻力h12之间的计算式： H = ρυ2 2/2 + h12

32 §2.4 风流参数的测定 一、空气压力—测定 绝对压力： 水银气压计 空盒气压计 水银气压计

33 空气压力—测定 水银气压计 空盒气压计

34 空气压力—测定 空盒气压计

35 空气压力—测定 相对压力测定方法： U型压力计 倾斜压力计 补偿微压计 压力传感器型直读压力计

36 空气压力—测定 U型压力计

37 空气压力—测定 原 理 P=ρg（h1+ h2） =ρg（1+ F2/F1）h2 =ρg（1+ F2/F1）Lsinα =KρgL
单管倾斜压力计原理 原 理 P=ρg（h1+ h2） =ρg（1+ F2/F1）h2 =ρg（1+ F2/F1）Lsinα =KρgL K—仪器校正系数； L—倾斜管的始末读数差，mm； ρ—液体的密度，kg/m3

38 空气压力—测定 补偿式微压计

39 空气压力—测定 补偿式微压计

40 空气压力—测定 补偿式微压计

41 二、风速测定方法

42 风速测定方法—机械风表 类型：杯式和翼式两种。

43 风速测定方法—机械风表 轻便型磁感风向风速表 数字风速表

44 风速测定—机械风表 杯式：用于>10m/s的高风速测定；
翼式：用于0.1～10m/s的中等风速测定，高敏度翼式风表可测定0.1～0.5m/s的低风速。 测定计算：风表指示表速N（转/s或m/s） N=(Nt-N0) / t 实际风速u换算： u = aN+b N0、 Nt—风表的初始和最终读数，转； t——测定时间，s； a、b——常数； u——测定的实际风速，m/s。

45 风速测定—机械风表

46 风速测定—热球风速仪

47 风速测定—热球风速仪 热式风速计

48 风速测定—动压法 测出风流动压Hu，后按下式计算出风速： Hu为断面风流平均动压(Pa)，ρ为空气密度(kg/m3) 平均动压Hu确定：
圆管等环面积法：测点圆环半径计算

49 一般直径为300～600mm时，n取3，直径为700～1000mm时，n取4。 管道断面平均动压Hu（Pa）计算式：
风速测定—动压法 Ri——第I个测点圆环半径，m； R——管道半径，m； i——从管道中心算起圆环序号； n——测点圆环数。 一般直径为300～600mm时，n取3，直径为700～1000mm时，n取4。 管道断面平均动压Hu（Pa）计算式：

50 风速测定—动压法