第五章通风管道的设计计算ppt课件.ppt

设计计算的目的：在保证要求的风量分配前提下，合理确定风管布置和尺寸，使系统的初投资和运行费用综合和最优。,第五章 通风管道的设计计算,第一节 风管内风流的压力及能量方程,一、风管内风流的压力 通风中的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。1静压 在房间内或风道内的空气，不论它是否流动，对其周围壁面都产生垂直于壁面的压力，称为空气的静压力。,绝对静压 ：以绝对零压作为基准的静压，用Pj表示 。 相对静压：以当地大气压力为基准的静压 ，用 表示 。,当地大气压,绝对真空,绝对静压与相对静压,不同标高的大气，其静压也不同。随着高度的升高，静压降低，反之亦然。如果空气是不可压缩的， Pj =P0 -g z 式中 ：z相对于基准的高度，m； p0z = 0基准处的空气静压，Pa( N/m2)； pj 高度为z处的空气静压，Pa(N/m2)； 空气的密度，kg/m3 ； g重力加速度，m/s2。,2动压 流动着的空气沿它的流动方向将产生一种压力，称为空气的动压力。 动压是单位体积风流运动所具有的动能。它恒为正且具有方向性，它的方向就是风流运动的方向。 单位体积空气的质量为（kg/m3），风流速度为(m/s)，则根据动能公式即得风流动压Pd(Pa)计算式为： Pd =2/ 2,3全压 全压Pq等于静压Pj与动压Pd之和，即 P q= Pj + Pd 静压Pj以相对压力表示时，若静压为正，则全压总为正；若静压为负，则全压可能为正，也可能为负，取决于| |值与Pd值的相对大小。 相对全压 ：,4、风流压力的测定,风流压力测定,二、风管内风流的流速 由于流体具有粘性，在管道内流动时产生内摩擦，使得同一断面上各点的流速各不相等。 平均流速：根据流量相等原则所确定的均匀流速，称为断面平均流速。 工程上所指的管道流速就是这个断面的平均流速。 一般所说的断面动压或全压，指平均风速所对应的动压或全压。,三、风管内风流运动的能量方程 能量方程是能量守恒原理在气体流动中的具体表现形式和数学表达式。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2/2和位势能Zg，即,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，根据热力学第一定律即有,式中 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；对于等温过程内能不变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,1-1断面与2-2断面之间若有风机（通风机的全压为H）存在时：,1,1,2,2,Z1,Z2,u1,u2,通风工程中。常采用相对压力表示风流的压力，而不测定和计算绝对压力。 对于水平管道：,对于垂直或倾斜管道：,应用：阻力测定、通风机压力测定、分析通风管道的压力分布情况,四、空气压力的测定,通风工程中空气压力测定包括：空气绝对压力测定和空气相对压力测定。 1空气绝对压力的测定 绝对压力的测定，通常使用水银气压计和空盒气压计。 （1）水银气压计 （2）空盒气压计,2相对压力的测定 相对压力的测定，常用的有形压力计、单管倾斜压力计和补偿微压计。它们都须与皮托管配合来测量风流的静压、动压和全压。（1）皮托管,（2）形压力计 形压力计（也称为形水柱计），有垂直和倾斜两种类型，它们都是由一内径相同、装有蒸馏水或酒精的形玻璃管与刻度尺所构成它的测压原理是：形管两侧液面承受相同压力时，液面处于同一水平；当两侧液面压力不同时，压力大的一侧液面下降，另一侧液面上升，从中间的标尺即可读出压差。,（3）单管倾斜压力计 为了提高测量精度，可 采用倾斜形压力计。设倾斜形压力计的倾斜角度为，两侧液面差为L (mm)，则所测压力差为H（mmH2O），即所测压力P（Pa）为： P=gH =gLsin 式中 形管中液体的密度（kg/m3）； P所测压力，Pa； g重力加速度，m/s2。,（4）补偿式微压计,五、风速测定,1空气示踪法 空气示踪法是把有色烟雾（称为示踪气体）释放于运动的空气中，根据示踪气体在一定时间t内的距离L，即可计算出风速大小u为： u=L/t 常用的示踪气体有氯化铵（NH4Cl），六氟化硫（SF6）等。SF6比较稳定，适用于通风模拟试验。2、机械风表与电子风表,3动压法 采用皮托管与压差计测出风流的动压pd，然后按下式计算出相应的风速：,式中 Ri第I个测点圆环半径，m； R风筒半径，m； i从风筒中心算起圆环序号； n测点圆环数。 测点圆环的数量n，应根据被测风管的直径大小来确定。一般直径为300600mm时，n取3，直径为7001000mm时，n取4。,平均风速与风量测算,（1）各点分别测定法,式中：hvi、vi 第i测点的速压、风压； n 测点数； 空气密度。,(2)多点联合测定法，即将各皮托管所有静压端相连，所有全压端相连后，集中用一台压差计测平均动压为 。,4热式风速仪 包括热球风速仪、热线风速仪等，其原理是通过热敏感元件因风速变化引起其温度变化而使其电性参数改变，从而实现对风速的测定。,第二节 风管内风流的阻力,摩擦阻力 由于空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的沿程能量损失，称为摩擦阻力或沿程阻力。局部阻力 空气流经风管中的管件及设备时，由于流速的大小和方向变化以及产生涡流造成比较集中的能量损失，称为局部阻力。,一、摩擦阻力,1.摩擦阻力计算式,摩擦阻力系数；风管的水力半径，m。,f管道中充满流体部分的横断面积，P湿周，在通风、空调系统中即为风管的周长，m。,圆形风管,因为,所以,圆形风管单位长度的摩擦阻力（又称比摩阻）为：,2.摩擦阻力系数 与空气在风管内流动状态和风管管壁的粗糙度有关。 流动状态： 管壁的粗糙度： 绝对粗糙度：K 相对粗糙度:K/d薄钢板风管的空气流动状态大多属于过渡区，则：,制成线解图或计算表，则已知流量、管径、流速、阻力四个参量中的两个，即可求得其余两个参量。 线解图是按过渡区的值，在压力B0=101.3kPa、温度t0=20、空气密度0=1.204kg/m3、运动粘度v0=15.06106 m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm、圆形风管等条件下得出的。当实际使用条件下上述条件不相符时，应进行修正。 熟悉附录6 通风管道单位长度摩擦阻力线算图。,修正： 实际使用条件与上述条件不相符时，应进行修正。,1、 密度和粘度的修正,式中， 实际的单位长度摩擦阻力，Pa/m； 图上查出的单位长度摩擦阻力， Pa/m； 实际的空气密度，kg/m3； 实际的空气运动粘度，m2/s。,2、 空气温度和大气压力的修正,温度修正系数；大气压力修正系数。,B 实际的大气压力，kPa。,也可以通过查图确定修正系数。,例6-1 兰州市某厂有一通风系统，风管用薄钢板制作。已知风量L=1500m3/h（0.417m3/s），管内空气流速 ，空气温度t=100。求风管的管径和单位长度摩擦阻力。解：兰州市大气压力 有附录6查出 D=200mm， 由图6-1查出,3 管壁粗糙度的修正,管壁粗糙度修正系数；管壁粗糙度，mm；管内空气流速，m/s。,各种材料的粗糙度K,4、 矩形风管的摩擦阻力计算 当量直径：与矩形风管有相同单位长度摩擦阻力的原型风管的直径。 （1）流速当量直径:,圆形风管的水力半径 ：矩形风管的水力半径：,令,例6-2 有一表面光滑的砖砌风管（K=3mm），断面尺寸为500*400mm，流量L=1m3/s（3600m3/h），求单位长度摩擦阻力。,解：矩形风管内空气流速,矩形风管的流速当量直径,根据流速和直径，查附录6，得,粗糙度修正系数,（2）流量当量直径: 设某一圆型风管中的空气流量与矩形风管的空气流量相等，并且单位长度的摩擦阻力也相等，则该圆型风管的直径就称为此矩形风管的流量当量直径，以 表示。,或,应用时注意对应关系。,二、局部阻力,局部阻力系数。,在通风除尘管网中, 连接部件很多, 因此局部阻力较大, 为了减少系统运行的能耗, 在设计管网系统时, 应尽可能降低管网的局部阻力.,降低管网的局部阻力可采取以下措施: (1) 避免风管断面的突然变化; (2) 减少风管的转弯数量, 尽可能增大转弯半径; (3) 三通汇流要防止出现引射现象, 尽可能做到各分支管内流速相等. 分支管道中心线夹角要尽可能小, 一般要求不大于30; (4) 降低排风口的出口流速, 减少出口的动压损失; (5) 通风系统各部件及设备之间的连接要合理, 风管布置要合理.,三、 通风管道的阻力特性,1、通风管道的阻力特性系数,K:阻力特性系数，,2、并联分支管道的风量分配 如果设计时并联支管的阻力并不相等，实际运行时，风量将如何分配？,因为,所以,3、例题：某有并联分支管道的通风管网如图所示。已知设计的结果 不进行阻力平衡调整，求运行后并联分支管道的风量各为多少？（运行后的总风量等于设计的总风量）,L1,L2,第三节 风管内风流的压力分布,分析管内压力分布的目的是了解管内压力的分布规律, 为管网系统的设计和运行管理提供依据. 分析的原理是风流的能量方程和静压、动压与全压的关系式.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.,第四节 通风管道的水力计算,目的:确定各管段的管径和阻力前提:系统和设备布置、风管材料、各排风点的风量、位置均已确定。,风管水力计算的方法,假定流速法 常用的方法压损平均法 风机压头已定，用此方法比较方便静压复得法 利用复得的静压来克服阻力,假定流速法的计算步骤和方法,1、绘制通风或空调系统轴测图，对各管段进行编号，标注长度和风量。2、确定合理的空气流速3、根据各风管的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸，计算摩擦阻力和局部阻力。 通风管道统一规格,4、并联管路的阻力计算 衡量标准：对于一般的通风系统，两支管的阻力差应不超过15%，除尘系统应不超过10%。（1）调节支管管径,（2）增大风量,（3）阀门调节,5、计算系统的总阻力6、选择风机（1）确定风机的类型（2）计算拟选风机的风量和风压 风压附加系数，一般的送排风系统1.11.15;除尘系统1.151.2； 风量附加系数，一般的送排风系统1.1;除尘系统1.11.15。（3）当风机在非标准状态下工作时，换算成标准状态,例6-5：,1、画通风系统的轴测图，标出管段的长度、风量。2、选定最不利的环路开始进行计算。3、根据各管段的风量及流速，确定断面尺寸和单位长度的摩阻。4、确定局部阻力系数5、计算各管段的沿程阻力和局部阻力。6、对并联管路进行阻力平衡。7、计算系统的总阻力8、选择风机,第五节 均匀送风管道设计计算,一、均匀送风管道的设计原理二、实现均匀送风的基本条件三、侧孔送风时的通路局部阻力系数和侧孔局部阻力系数四、均匀送风管道的计算方法,一、均匀送风管道的设计原理,（1）速度 静压差产生的流速 空气在风管内的流速 出流角 孔口实际流速,（2）流量,孔口流出风量：,空气在孔口面积上的平均流速：,实现均匀送风，可以采取的措施：（1）设阻体，改变流量系数；（2）采用锥形风管，保持静压不变；（3）改变孔口面积；（4）增大送风断面面积，减小孔口面积。,二、实现均匀送风的基本条件,1、保持各侧孔静压相等,1,2,2,1,2、保持各侧孔流量系数相等,3、增大出流角,三、侧孔送风时的通路局部阻力系数和侧孔局部阻力系数,(1) 直通部分的局部阻力 查表6-6 (2) 从侧孔或条缝口出流时，取0.60.65,四、均匀送风管道的计算方法,先确定侧孔个数，侧孔间距及每个侧孔的送风量，然后计算出侧孔面积、送风管道直径（或断面尺寸）及管道的阻力。步骤： （1）拟定孔口平均流速，计算出侧孔面积和静压（ ）。（2）按 的原则设定vd,求出第一侧孔前管道直径；（3）计算1-2的阻力，确定断面2的全压，进而得到断面2的动压，求出断面2的流速，进而求出第二侧孔前管道直径；（4）依此类推，求其余断面管径。（5）断面1的全压即管道的总阻力。,第六节 通风管道设计中的有关问题,一、通风除尘系统的划分 当车间内不同地点有不同的送、排风要求，或车间面积较大，送、排风点较多时，为便于运行管理，常分设多个送、排风系统。二、风机及管道的布置三、其他有关问题,一、通风除尘系统的划分系统划分的原则：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。,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。,二、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。如排风点多，可用大断面集合管连接各支管。集合管内流速不宜超过3m/s，集合管下部设卸灰装置。 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。如必需水平敷设或倾角小于30时，应采取措施，如加大流速、设清扫口等。 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，并应在风管的最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） 130mm5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（如阀门、压力表、温度计、风量测定孔和采样孔等）或预留安装测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作和观察的地点。7风管的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件要安排得当，与风管的连接要合理，以减少阻力和噪声。,三、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。 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。,(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。,四、风管材料的选择 用作风管的材料有薄钢板、硬聚氯乙烯塑料板、胶合板、纤维板，矿渣石膏板，砖及混 凝土等。需要经常移动的风管，则大多用柔性材料制成各种软管，如塑料软管、橡胶管及金属软管等。 薄钢板是最常用的材料，有普通薄钢板和镀锌薄钢板两种。 硬聚氯乙烯塑料板适用于有腐蚀作用的通风、空调系统。 以砖，混凝土等材料制作风管，主要用于需要与建筑、结构配合的场合。,五、风管的保温 当风管在输送空气过程中冷、热量损耗大，又要求空气温度保持恒定，或者要防止风管穿越房间时对室内空气参数产生影响及低温风管表面结露，都需要对风管进行保温。,通常保温结构有四层：1、防腐层2、保温层3、防潮层4、保护层,六、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。,七、防爆及防火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： 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。,第七节 通风除尘系统的测定调试,目的： （1）发现系统设计、施工质量和设备性能等方面存在的问题，从而采取相应的改进措施以保证系统达到设计要求； （2）使运行人员熟悉和掌握系统的性能和特点，并为系统的经济合理运行积累资料。,一 、初次调试1、调试准备 （1）根据设计要求和施工规范进行检查，校正不合理的地方。通风空调工程施工标准中国建筑工业出版社通风与空调工程施工质量验收规范（GB50243-2002） （2）设备规格、型号按设计要求进行检查。并检查设备基础、管道支架、风管连接是否牢固，电器开关是否便于操作。 （3）风管检查口、集尘箱、法兰连接、测量孔等处是否严密，防止漏风。 （4）调节阀、插板是否灵活。 （5）风管内是否有杂物。 （6）皮带松紧是否合适，有无滑动，有无防护罩。,2、调试项目（1）各吸尘点的控制风速、罩口风速、风量。（2）主风管和支风管的压力分布状况，即管网压力平衡；（3）风管内空气实际流动速度。（4）除尘设备的效率、压力损失、漏风率；（5）风机的实际风量和风压。（6）系统耗电量、耗水量和耗气量。3、调试 风机运转稳定后，测量风量和风压，并用调节阀调整、分配支风管的风量。风口风量调整一般是从最远风口开始，并确定调节阀的开启程度做好标记。,二、运行调节 在通风除尘系统的运行过程中，时常需要监测排尘管网的特性，以便结合风机特性对系统进行运行调节，维系系统的最佳运行工况。 调节措施：疏通管网、检修除尘器、堵塞无实际用途的吸尘口及风管漏风处、检修风机。,三、通风除尘系统运行管理1、建立健全组织机构和规章制度 根据各厂的具体情况和通风除尘系统的复杂程度及设备数量多少，配备与之相适应的管理机构和制定必要的规章制度，如防尘工作责任制、操作规程、运行记录、故障报告、计划检修制度等。2、职工教育和人员培训3、系统的运行操作4、定期检测5、计划检修 规定检修年限、周期，检修内容，确定备品备件的购置和加工计划，做好检修记录。,第八节 通风系统的测试 主要参数：风量、风压、粉尘密度及其粒径分布、空气中含尘浓度等。一、通风系统风压、风速、风量的测定 1、测定断面和测点 （1）测定断面的选择 （2）测点的布置 矩形管道、圆形管道 2、管内压力的测量 所用设备：测压管（毕托管）与微压计 3、风速测定 间接法、直接法 4、流量计算 5、用于含尘气流的测压管 s形测压管,二、局部排风罩风量的测定 1、用动压法测量排风罩的风量 动压、速度、风量 2、用静压法测量排风罩的风量 在现场测量时，各管件之间距离很短，不易找到比较稳定的测定断面，用动压法测定流量有一定困难。此时，可选用静压法求得排风罩的风量。,局部排风罩的阻力：,因此：,局部排风罩的排风量：,局部排风罩的流量系数：,三、粉尘特性的测定1、粉尘真密度的测定 比重瓶法2、粉尘容积密度的测定3、粉尘粒径的测定 显微镜法、离心沉降法、沉降法、惯性冲击法4、粉尘比电阻的测定 圆盘电极法,四、车间工作区空气含尘浓度的测定 测定原理：在测定点用抽气机抽吸一定体积的含尘空气，当它通过滤膜采样器中的滤膜时，其中的粉尘被阻留在滤膜上。根据滤膜增重和抽气量，计算空气含尘浓度。五、管道内空气含尘浓度的测定 1.采样装置 2.等速采样：采样头进口处的采样速度应等于风管中该店的气流速度。 3.采样点的布置： 多点采样法、移动采样法、平均流速点采样、中心点采样,六、除尘器性能的测定 1、除尘器处理风量的测定 测量断面应处于除尘器进口段上。 2、除尘器阻力的测定 3、除尘器漏风率的测定 4、除尘器效率的测定,