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通風管道沿程阻力與局部計算

風管內空氣流動的阻力有兩種,一種是由于空氣本身的粘滯性及其與管壁間的摩擦而產生的沿程能量損失,稱為摩擦阻力或沿程阻力;另一種是空氣流經風管中的管件及設備時,由于流速的大小和方向變化以及產生渦流造成比較集中的能量損失,稱為局部阻力。 

一、 摩擦阻力 

根據流體力學原理,空氣在橫斷面形狀不變的管道內流動時的摩擦阻力按下式計算: 

ΔPm=λν2ρl/8Rs 

對于圓形風管,摩擦阻力計算公式可改寫為: 

ΔPm=λν2ρl/2D 

圓形風管單位長度的摩擦阻力(比摩阻)為: 

Rs=λν2ρ/2D 

以上各式中 

λ――――摩擦阻力系數 
ν――――風管內空氣的平均流速,m/s; 
ρ――――空氣的密度,Kg/m3; 
l ――――風管長度,m 
Rs――――風管的水力半徑,m; 
Rs=f/P f――――管道中充滿流體部分的橫斷面積,m2; 
P――――濕周,在通風、空調系統中既為風管的周長,m; 
D――――圓形風管直徑,m。 

矩形風管的摩擦阻力計算 

我們日常用的風阻線圖是根據圓形風管得出的,為利用該圖進行矩形風管計算,需先把矩形風管斷面尺寸折算成相當的圓形風管直徑,即折算成當量直徑。再由此求得矩形風管的單位長度摩擦阻力。當量直徑有流速當量直徑和流量當量直徑兩種; 

流速當量直徑:Dv=2ab/(a+b) 
流量當量直徑:DL=1.3(ab)0.625/(a+b)0.25 

在利用風阻線圖計算是,應注意其對應關系:采用流速當量直徑時,必須用矩形 中的空氣流速去查出阻力;采用流量當量直徑時,必須用矩形風管中的空氣流量去查出阻力。 

二、局部阻力

當空氣流動斷面變化的管件(如各種變徑管、風管進出口、閥門)、流向變化的管件(彎頭)流量變化的管件(如三通、四通、風管的側面送、排風口)都會產生局部阻力。 

局部阻力按下式計算: 

Z=ξν2ρ/2 

ξ――――局部阻力系數。 局部阻力在通風、空調系統中占有較大的比例,在設計時應加以注意,為了減小局部阻力,通常采用以下措施: 

1. 彎頭 布置管道時,應盡量取直線,減少彎頭。圓形風管彎頭的曲率半徑一般應大于(1~2)倍管徑;矩形風管彎頭斷面的長寬比愈大,阻力愈??;矩形直角彎頭,應在其中設導流片。 

2. 三通 三通內流速不同的兩股氣流匯合時的碰撞,以及氣流速度改變時形成的渦流是造成局部 阻力的原因。為了減小三通的局部阻力,應注意支管和干管的連接,減小其夾角;還應盡量使支管和干管內的流速保持相等。

在管道設計時應注意以下幾點: 

1. 漸擴管和漸縮管中心角最好是在8~15o。 
2. 三通的直管阻力與支管阻力要分別計算。 
3. 盡量降低出風口的流速。 

常見彎頭的局部阻力: 

分流三通:9~24 Pa 
矩形送出三通:6~16Pa 
漸縮管:6~12Pa 
乙字彎:50~198Pa 

例:有一表面光滑的磚砌風管(粗糙度K=3mm),斷面尺寸為500*400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h),求單位長度摩擦阻力。 

解:矩形風管內空氣流速:v=1/(0.5*0.4)=5m/s 

矩形風管的流速當量直徑:Dv=2ab/(a+b)=2*500*400/(500+400)=444mm 

根據v=5m/s、Dv=444mm由附錄6(通風管單位長度摩擦阻力線算圖)查得Rmo=0.62Pa/m 

粗糙度修正系數 Kr=(Kv)^0.25=(3*5)^0.25=1.96 

則該風管單位長度摩擦阻力 Rm=1.96*0.62=1.22Pa/m 

問:靜水壓和動水壓的定義具體是什么?它們是如何量化計算的(特別是動水壓)? 

答:靜水壓是指管道內水處于靜止狀態時的壓力,而動壓力是指某處水流在外泄時該處的壓力。動壓力=靜壓力-該處的總水頭損失。 

問:技術措施里說對于比例式減壓閥,其閥后的動水壓宜按靜水壓的80%~90%計,那動水壓豈不是很大? 

答:在伯努力方程里邊,某一位置,相對于某一基準的z稱為位置壓頭, u2/2g是動壓頭,p/2g是靜壓頭。全壓=動壓+靜壓。計算按公式算,動水壓增大是因為靜水壓的轉化,正常。水頭損失是通過這個位置的壓力損失/能量損失,也可以計算,他表示的是通過前后位置(斷面)的損失,應該等于兩個位置(斷面)的位置壓頭+動壓頭+靜壓頭之差值。當然,位置壓頭,動壓頭,靜壓頭一可以實測。 總壓=動壓頭+靜壓頭+位置壓頭。


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