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    通風(fēng)管道沿程阻力與局部計(jì)算

    風(fēng)管內(nèi)空氣流動(dòng)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(chǎn)生的沿程能量損失,稱(chēng)為摩擦阻力或沿程阻力;另一種是空氣流經(jīng)風(fēng)管中的管件及設(shè)備時(shí),由于流速的大小和方向變化以及產(chǎn)生渦流造成比較集中的能量損失,稱(chēng)為局部阻力。 

    一、 摩擦阻力 

    根據(jù)流體力學(xué)原理,空氣在橫斷面形狀不變的管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力按下式計(jì)算: 

    ΔPm=λν2ρl/8Rs 

    對(duì)于圓形風(fēng)管,摩擦阻力計(jì)算公式可改寫(xiě)為: 

    ΔPm=λν2ρl/2D 

    圓形風(fēng)管單位長(zhǎng)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(shù) 
    ν――――風(fēng)管內(nèi)空氣的平均流速,m/s; 
    ρ――――空氣的密度,Kg/m3; 
    l ――――風(fēng)管長(zhǎng)度,m 
    Rs――――風(fēng)管的水力半徑,m; 
    Rs=f/P f――――管道中充滿(mǎn)流體部分的橫斷面積,m2; 
    P――――濕周,在通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中既為風(fēng)管的周長(zhǎng),m; 
    D――――圓形風(fēng)管直徑,m。 

    矩形風(fēng)管的摩擦阻力計(jì)算 

    我們?nèi)粘S玫娘L(fēng)阻線(xiàn)圖是根據(jù)圓形風(fēng)管得出的,為利用該圖進(jìn)行矩形風(fēng)管計(jì)算,需先把矩形風(fēng)管斷面尺寸折算成相當(dāng)?shù)膱A形風(fēng)管直徑,即折算成當(dāng)量直徑。再由此求得矩形風(fēng)管的單位長(zhǎng)度摩擦阻力。當(dāng)量直徑有流速當(dāng)量直徑和流量當(dāng)量直徑兩種; 

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

    在利用風(fēng)阻線(xiàn)圖計(jì)算是,應(yīng)注意其對(duì)應(yīng)關(guān)系:采用流速當(dāng)量直徑時(shí),必須用矩形 中的空氣流速去查出阻力;采用流量當(dāng)量直徑時(shí),必須用矩形風(fēng)管中的空氣流量去查出阻力。 

    二、局部阻力

    當(dāng)空氣流動(dòng)斷面變化的管件(如各種變徑管、風(fēng)管進(jìn)出口、閥門(mén))、流向變化的管件(彎頭)流量變化的管件(如三通、四通、風(fēng)管的側(cè)面送、排風(fēng)口)都會(huì)產(chǎn)生局部阻力。 

    局部阻力按下式計(jì)算: 

    Z=ξν2ρ/2 

    ξ――――局部阻力系數(shù)。 局部阻力在通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中占有較大的比例,在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(shí),應(yīng)盡量取直線(xiàn),減少?gòu)濐^。圓形風(fēng)管彎頭的曲率半徑一般應(yīng)大于(1~2)倍管徑;矩形風(fēng)管彎頭斷面的長(zhǎng)寬比愈大,阻力愈??;矩形直角彎頭,應(yīng)在其中設(shè)導(dǎo)流片。 

    2. 三通 三通內(nèi)流速不同的兩股氣流匯合時(shí)的碰撞,以及氣流速度改變時(shí)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(yīng)注意支管和干管的連接,減小其夾角;還應(yīng)盡量使支管和干管內(nèi)的流速保持相等。

    在管道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn): 

    1. 漸擴(kuò)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(jì)算。 
    3. 盡量降低出風(fēng)口的流速。 

    常見(jiàn)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(fēng)管(粗糙度K=3mm),斷面尺寸為500*400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h),求單位長(zhǎng)度摩擦阻力。 

    解:矩形風(fēng)管內(nèi)空氣流速:v=1/(0.5*0.4)=5m/s 

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

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

    粗糙度修正系數(shù) Kr=(Kv)^0.25=(3*5)^0.25=1.96 

    則該風(fēng)管單位長(zhǎng)度摩擦阻力 Rm=1.96*0.62=1.22Pa/m 

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

    答:靜水壓是指管道內(nèi)水處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的壓力,而動(dòng)壓力是指某處水流在外泄時(shí)該處的壓力。動(dòng)壓力=靜壓力-該處的總水頭損失。 

    問(wèn):技術(shù)措施里說(shuō)對(duì)于比例式減壓閥,其閥后的動(dòng)水壓宜按靜水壓的80%~90%計(jì),那動(dòng)水壓豈不是很大? 

    答:在伯努力方程里邊,某一位置,相對(duì)于某一基準(zhǔn)的z稱(chēng)為位置壓頭, u2/2g是動(dòng)壓頭,p/2g是靜壓頭。全壓=動(dòng)壓+靜壓。計(jì)算按公式算,動(dòng)水壓增大是因?yàn)殪o水壓的轉(zhuǎn)化,正常。水頭損失是通過(guò)這個(gè)位置的壓力損失/能量損失,也可以計(jì)算,他表示的是通過(guò)前后位置(斷面)的損失,應(yīng)該等于兩個(gè)位置(斷面)的位置壓頭+動(dòng)壓頭+靜壓頭之差值。當(dāng)然,位置壓頭,動(dòng)壓頭,靜壓頭一可以實(shí)測(cè)。 總壓=動(dòng)壓頭+靜壓頭+位置壓頭。


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