第四章 通风管道的设计计算.

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1 第四章 通风管道的设计计算

2 4.1风管内空气流动的阻力 4.2风管内的压力分布 4.3通风管道的水力计算 4.4均匀送风管道设计计算 4.5通风管道设计中的有关问题

3 第一节 风管内空气流动的阻力

4 4.1风管内空气流动的阻力（P150) 局部阻力则是空气通过管道的转弯, 断面变化, 连接部件等处时, 由于涡流、冲击作用产生的能量损失.
管道的阻力包括摩擦阻力和局部阻力。 摩擦阻力由空气的粘性力及空气与管壁之间的摩擦作用产生, 它发生在整个管道的沿程上, 因此也称为沿程阻力。 局部阻力则是空气通过管道的转弯, 断面变化, 连接部件等处时, 由于涡流、冲击作用产生的能量损失.

5 在断面形状不变的直管段中，由于流体内部及流体与管壁的摩擦所造成的能量损失
4.1.1摩擦阻力 在断面形状不变的直管段中，由于流体内部及流体与管壁的摩擦所造成的能量损失 1）圆形管道计算方法 Rm ——比摩阻 关键在于确定比摩阻

6 确定比摩阻的方法： （1）线算图 图的多种用法： 由L、D求Rm 由L、Rm求D 由L、v求D、Rm （附录9 P243） v L D L
制表条件：一个大气压，20度，密度及运动粘度 Rm

7 （2） 计算表格

8 （3）图表的修正 密度和粘度的修正 空气温度和大气压力的修正 Rm-实际的单位长度摩擦阻力，Pa/m
Rmo-图上查出的单位长度摩擦阻力，Pa/m ρ-实际的空气密度，kg/m3 ν-实际的运动粘度系数，m2/s 空气温度和大气压力的修正 Kt-温度修正系数 KB-大气压力修正系数 T-实际的空气温度，℃ B-实际的大气压力，kPa

9 （3）图表的修正 管壁粗糙度的修正 粗糙度km≠0.15mm Kr-管壁粗糙度修正系数 K-管壁粗糙度，mm v-管内空气流速，m/s

10 主要考虑当量直径的确定，有流速当量直径和流量当量直径 （1）流速当量直径 定义：与矩形风管的流速及比摩阻相同的圆形风管的直径
4.1.2 矩形风管摩擦阻力计算 主要考虑当量直径的确定，有流速当量直径和流量当量直径 （1）流速当量直径 定义：与矩形风管的流速及比摩阻相同的圆形风管的直径 vA = vB RmA=RmB vA A B DB为A的流速当量直径，记作Dv vB 计算式：

11 （2）流量当量直径 定义：与矩形风管的流量及比摩阻相同的圆形风管的直径 计算式： 注意： 查用表图时必须对应使用流量和流量当量直径或流速和流速当量直径

12 在流量、流向及管道断面形状发生变化的局部由于涡流造成的能量损失
4.1.3局部阻力 在流量、流向及管道断面形状发生变化的局部由于涡流造成的能量损失 1）计算方法： 局部阻力系数法 局部阻力系数由实验确定，制成图表供查用 (附录10 P244) 空调系统处于自模区，局部阻力系数只与形状有关。不必考虑粗糙度和雷诺数的影响。

13 局部阻力系数举例

14 合流三通 支管局部阻力系数 直管局部阻力系数

15 2）减小局部阻力的措施 在常用的通风系统总流动阻力中，局部阻力占主要比例 弯头 圆形风管弯头曲率半径一般应大于1~2倍管径
矩形风管长宽比B/A越大，阻力越小 矩形直角弯头内设导流片

16 2）减小局部阻力的措施 三通 排风立管出口 减小干管和支管间夹角 保持干管和支管流速相当 避免出现引流现象，主管气流大于支管气流速度
降低排风立管的出口流速 减小出口的动压损失 管边尖锐的伞形风帽 带扩散管的伞形风帽

17 2）减小局部阻力的措施 管道和风机的连接 避免在接管处产生局部涡流

18 第二节 风管内的压力分布

19 4.2风管内的压力分布（P149） 压力分布图的绘制方法（归纳） ——用图形表达系统压力分布情况，有利于设计、运行调节、问题诊断等
1）确定压力基准线 通常为水平线，并以大气压为参照对象 2）确定系统分隔断面并编号 通常以流速、流向及流量变化的断面为分隔断面 3）先绘制全压线 从已知压力点开始 4）再绘制静压线 从全压线向下减去动压值

20

21 理论基础 1、Pq=Pd+Pj 2、未开风机时，Pj=Pq=大气压=0 3、风机开动后，Pq2= Pq1-(Rml+Z)1-2。
4、ΔPm=Rml直线分布；Z集中分布

22 结论 1、风机的风压等于风道的阻力及出口动压损失之和。 2、风机吸入段的全压和静压都为负值，风机压出段一般情况下均为正值。
3、各并联支管的阻力总相等。 4、当Pd>Pq，Pj<0

23 主要结论： (1) 风机的风压等于风管的阻力和出口动压损失之和;
(2) 风机吸入段的全压和静压都是负值, 风机入口处的负压最大; 风机压出段的全压和静压都是正值, 在出口处正压最大; (3) 各分支管道的压力自动平衡.

24 第三节 通风管道的水力计算

25 4.3通风管道的水力计算（P158） 常用的水力计算的方法: 1）假定流速法 2）压损平均法
重点介绍 2）压损平均法 根据平均分配到每一管段上的允许（或希望）压损来设计管道尺寸 3）静压复得法 以管段起点因分流所产生的复得静压克服该管段流动阻力的原则来设计风管尺寸

26 假定流速法 原理：假定（选定）各管段的合理流速，根据流量确定管道尺寸 p Pq Pj o 假定流速法的设计的压力图

27 假定流速法 设计步骤： 1）绘制系统草图（轴测图），划分管段，对管段编号、标注管段长度和相应流量，确定最不利环路。
划分管段的原则：流量与断面尺寸不变的为同一管段 管段长度：以接点为界，不必扣除局部构件的长度 最不利环路：流动阻力最大的环路

28 8 1 空调箱 风机 房间 7 2 房间 6 3 房间 5 4

29 2）确定合理的空气流速 考虑因素： （1）流动阻力——运行费用 （2）消耗材料——系统投资 （3）噪声控制——室内环境标准
（4）最小流速——防止颗粒物沉积 一般通风系统中常用空气流速（m/s）

30 空调系统低速风管中常用空气流速（m/s）

31 除尘风管的最小空气流速（m/s）

32 3）确定各管段断面尺寸，计算管段流动阻力 （1）F = L / v F = a X b F = πd2 / 4 管道断面尺寸规格化： P250 附录11 （2）计算管内实际流速 （3）计算管段的摩擦阻力和局部阻力 要加入该管段的其他已知阻力，例如除尘器、空调箱等设备阻力

33 若并联管路阻力不平衡，则在运行中会自平衡，但输送的流量已偏离设计要求
4）并联管路阻力平衡 （a）阻力平衡的概念： 1 2 3 4 5 6 7 若并联管路阻力不平衡，则在运行中会自平衡，但输送的流量已偏离设计要求 （b）允许的不平衡率：除尘10 %，通风 15 %

34 （c）阻力平衡的方法 调整管径——采用估算方法 增大风量——根据管路阻力特性 阻力平衡宜沿最不利环路逐段进行 阀门调节
D’-调整后管径 D-原设计管径 ΔP-原设计支管阻力 ΔP’-要求达到的支管阻力 增大风量——根据管路阻力特性 阻力平衡宜沿最不利环路逐段进行 阀门调节 对于多支管空调系统需进行实际调试，达到预期流量分配

35 5）计算最不利环路总阻力 6）选择风机 将最不利环路上的各串联管段阻力相加 （1）确定风机类别 根据被输送气体性质、系统总阻力、总风量
（2）计算风机应有的风量、风压 考虑安全系数 Kp-风压附加系数，一般系统1.1~1.15，除尘系统1.15~1.2 KL-风量附加系数，一般系统1.1，除尘系统1.1~1.15 （3）空气状态变化时

36 例6-4（P161~165） 有关条件： 要求： 管段划分、编号、标注长度、风量见图 除尘系统 轻矿物粉尘 常温气体 圆形钢板风管
袋式除尘器阻力1200Pa 要求： 选择风机 管段划分、编号、标注长度、风量见图

37 第四节 均匀送风管道设计计算

38 4.4均匀送风管道设计 6.4.1 设计原理 静压产生的流速为： 空气在风管内的流速为： 空气从孔口出流时的流速为： 如图所示：出流角为α：
继续

39 孔口出流风量： 由上式得f0上的平均流速v0为： 返回 继续

40 风口的流速分布如图：（矩形送风管断面不变）
*要实现均匀送风可采取的措施（如图） 1、设阻体； 2、改变断面积； 3、改变送风口断面积； 4、增大F，减小f0。 返回 继续

41 返回

42 4.4.2 实现均匀送风的基本条件： 保持各侧孔静压、流量系数相等, 增大出流角。 1、保持各侧孔静压Pj相等；

43 2、保持各侧孔流量系数μ相等； μ与孔口形状、流角α以及L0/L= 有关，当α大于600， μ一般等于0.6

44 3、增大出流角α，大于600，接近900。

45 1、直流三通局部阻力系数：由L0/L查表2-3-6； 2、侧孔流量系数μ=0.6~0.65； 4.4.4 均匀送风管道计算方法
4.4.3 直流三通局部阻力系数和侧孔流量系数 1、直流三通局部阻力系数：由L0/L查表2-3-6； 2、侧孔流量系数μ=0.6~0.65； 4.4.4 均匀送风管道计算方法 确定侧孔个数、侧孔间距、每个孔的风量 计算侧孔面积 计算送风管道直径和阻力

46 计算例题 例6-5 解：1）、确定孔口平均流速v0，
如图所示：总风量为8000m3/h的圆形均匀送风管道采用8个等面积的侧孔均匀送风，孔间距为1.5M，确定其孔口面积、风管各断面直径及总阻力。 解：1）、确定孔口平均流速v0，

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50 注意：把每一段起始断面的动压作为该管段的平均动压，并假设μ、λ为常数，将产生一定误差，但在工程实际是允许的。

51 第五节 通风管道设计中的有关问题

52 4.5通风管道设计中的有关问题（P170） 4.5.1系统划分 系统通常是由一台风机与其联系在一起的管道及设备构成的。系统划分的原则：
1．空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划为同一系统。 2．同一生产流程、运行班次和运行时间相同的，可划为同一系统。 3．对下列情况应单独设置排风系统： （1）两种或两种以上的有害物质混合后能引起燃烧或爆炸； （2）两种有害物质混合后能形成毒害更大或腐蚀性的混合物或化合物； （3）两种有害物质混合后易使蒸汽凝结并积聚粉尘； （4）放散剧毒物质的房间和设备。

53 4．除尘系统的划分应符合下列要求： （1）同一生产流程、同时工作的扬尘点相距不大时，宜合为一个系统； （2）同时工作但粉尘种类不同的扬尘点，当工艺允许不同粉尘混合回收或粉尘无回收价值时，也可合设一个系统； （3）温湿度不同的含尘气体，当混合后可能导致风管风结露时，应分设系统。 5．如排风量大的排风点位于风机附近，不宜和远处排风量小的排风点合为同一系统。增设该排风点后会增大系统总阻力。

54 通风管道系统划分

55 4.5.2风管布置 风管布置直接关系到通风、空调系统的总体布置，它与工艺、土建、电气、给排水等专业关系密切，应相互配合、协调一致。
1．除尘系统的排风点不宜过多，以利各支管间阻力平衡。 2．除尘风管应尽可能垂直或倾斜敷设，倾斜敷设时与水平面夹角最好大于45°。 3．输送含有蒸汽、雾滴的气体时，如表面处理车间的排风管道，应用不小于0.005的坡度，以排除积液，并应在风管的紧低点和风机底部装设水封泄液管。 4．在除尘系统中，为防止风管堵塞，风管直径不宜小于下列数值： 排送细小粉尘                           80mm 排送较粗粉尘（如木屑）           100mm 排送粗粉尘（有小块物体）       130mm 5．排除含有剧毒物质的正压风管，不应穿过其它房间。 6．风管上应设置必要的调节和测量装置或预留安装测量装置的接口。7．风管的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。

56 风管布置

57 4.5.3风管断面形状的选择和管道定型化 （一）风管断面形状的选择 风管断面形状有圆形和矩形两种。两者相比，在相同断面积时圆形风管的阻力小、材料省、强度也大；圆形风管直径较小时比较容易制造，保温亦方便。但是圆形风管管件的放样、制作较矩形风管困难；布置时不易与建筑、结构配合，明装时不易布置得美观。

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59 当风管中流速较高，风管直径较小时，例如除尘系统和高速空调系统都用圆形风管。当风管断面尺寸大时，为了充分利用建筑空间，通常采用矩形风管。例如民用建筑空调系统都采用矩形风管。
矩形风管与相同断面积圆形风管的阻力比值为：        式中  Rj——矩形风管的比摩阻； Ry——圆形风管的比摩阻；       a、b——矩形风管的两个边长。在风管断面积一定时，宽高比a/b的值增大，Rj/Ry的比值也增大。 矩形风管的宽高比最高可达8∶1，但自1∶1至8∶1表面积要增加60%。因此设计风管时，除特殊情况外，宽高比愈近接于1愈好，可以节省动力及制造和安装费用。适宜的宽高比在3.0以下。

60 (二)管道定型化 随着我国国民经济的发展，通风，空调工程大量增加。为了最大限度地利用板材，实现风管制作，安装机械化、工厂化，在国家建委组织下，1975年确定了《通风管道统一规格》。 《通风管道统一规格》有圆形和矩形两类。必须指出： 1．《通风管道统一规格》中，圆管的直径是指外径，矩形断面尺寸是其外边长，即尺寸中都包括了相应的材料厚度。 2．为了满足阻力平衡的需要，除尘风管和气密性风管的管径规格较多。 3．管道的断面尺寸(直径和边长)采用R20系列，即管道断面尺寸是以公比数≈1.12的倍数来编制的。

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62 风管材料应根据使用要求和就地取材的原则选用。
4.5.4风管材料的选择 风管材料应根据使用要求和就地取材的原则选用。 1）薄钢板 一般可化为同一系统 通风空调系统0.5~1.5mm 除尘系统：1.5~3.0mm 2）塑料板 含腐蚀性气体的通风系统

63 3）无机玻璃钢 湿度较大的场合

64 4）各种软管 金属、塑料 有的可带有保温层

65 5）复合风管 双层铝箔夹酚醛树脂单层铝箔加玻璃纤维其他

66 5）复合风管

67 6）新型柔性风管系统 优越性： 空气分布均匀，避免吹风感 重量轻，安装方便快捷，对结构要求低 灵活性好，便于系统变更 便于清洗

68 7）建筑风道 由建筑材料构筑，常用于通风竖井 8）其它

69 4.5.5风管的保温 保温的目的：保持风管内空气温度的保持恒定，减少对室内参数的影响及防止低温风管外表面结露。
保温层厚度：要根据保温目的计算出经济厚度，再按其它要求来校核。 保温层结构：可参阅有关的国家标准图。通常保温结构有三层： (1)保温层，填贴保温材料。 (2)防潮层，包油毛毡、塑料布或刷沥青。用以防止潮湿空气或水分侵入保温层内，从而破坏保温层或在内部结露。 (3)保护层。室内管道可用玻璃布、塑料布或木板、胶合板作成，室外管道应用铁丝网水泥或铁皮作保护层。 保温材料：主要有岩棉、离心玻璃棉、阻燃聚乙烯泡沫塑料、橡塑海绵等 各种材料的参数见 P173 表6-7

70 4.5.6 进、排风口 (一)进风口 进风口是通风、空调系统采集室外新鲜空气的入口，其位置应满足下列要求：
1．应设在室外空气较清洁的地点。进风口处室外空气中有害物质浓度不应大于室内作业地点最高允许浓度的30%。 2．应尽量设在排风口的上风侧，并且应低于排风口。 3．进风口的底部距室外地坪不宜低于2m，当布置在绿化地带时不宜低于1m。 4．降温用的进风口宜设在建筑物的背阴处。 (二)排风口 1．在一般情况下通风排气立管出口至少应高出屋面0.5m。 2．通风排气中的有害物质必需经大气扩散稀释时，排风口应位于建筑物空气动力阴影区和正压区以上。 3．要求在大气中扩散稀释的通风排气，其排风口上不应设风帽。

71 4.5.7 防爆及防火 空气中含有可燃物时，如果可燃物与空气中的氧在一定条件下进行剧烈的氧化反应，就可能发生爆炸。尽管某些可燃物如糖、面粉、煤粉等在常态下是不易爆炸的，但是，当它们以粉末状悬浮在空气中时，与空气中的氧得到了充分的接触。这时只要在局部地点形成了可燃物与氧发生氧化反应所必需的温度，局部地点就会立刻发生氧化反应。氧化反应产生的热量向周周空间传播时，若迅速地使周围的可燃物与空气的混合物达到了氧化反应所必需的温度，由于联锁反应，在极短的时间内，能使整个空间的可燃混合物都发生剧烈的氧化反应，产生大量的热量和燃烧产物，形成急剧增高的压力波，这就是爆炸。 空气中可燃物浓度过小或过大时都不会造成爆炸。因此，可燃物发生爆炸的浓度有一个范围，这个范围称为爆炸浓度极限。

72 设计有爆炸危险的通风系统时，应注意以下几点：
1．系统的风量除了满足一般的要求外，还应校核其中可燃物的浓度。如果可燃物浓度在爆炸浓度的范围内，则应按下式加大风量：         m3/s 式中  x——在局部排风罩内每秒排出的可燃物量或每秒产生的可燃物量，g／s；   y——可燃物爆炸浓度下限，g／m3。 2．防止可燃物在通风系统的局部地点(死角)积聚。 3．选用防爆风机，并采用直联或联轴器传动方式。如果采用三角皮带传动，为防止静电产生火花，可用接地电刷把静电引入地下。 4．有爆炸危险的通风系统，应设防爆门。当系统内压力急剧升高时，靠防爆门自动开启泄压。

73 本章要点 风管内气体流动阻力的工程计算方法 系统压力分布的原理及压力图的绘制方法 风管的水力计算方法 通风管道设计的有关问题