通风风流基础理论及空气参数计算.ppt
通风风流基础理论及空气参数计算,第二章,通风风流基础理论及空气参数计算,本章主要内容框架：,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）。,第二章 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,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。,2.1 通风空气参数,一、干、湿空气密度的计算,气态方程：式中干空气实际密度，kg/m3；0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。,一、干、湿空气密度的计算,标准状态：T0=273K，P0=101.3kPa,干空气密度0=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（）。,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。,道尔顿分压定律:P=Pd+Ps,Ps=Pb,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 w 湿空气密度,kg/m3；空气相对湿度，%；Pb饱和水蒸汽压力，kPa,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。,二、空气压力静压,绝对静压和相对静压的关系：关系式:r=k-0,二、空气压力静压,不同标高静压计算：流体力学欧拉方程:dp=g dz 积分即得静压计算式：P=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)；p 高度为z处的空气静压，Pa(N/m2)；空气密度，kg/m3；g重力加速度，m/s2。,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=RT）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/kgK。简化计算式：展开成级数，略去高项。,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（kg/m3），风流速度为(m/s)，由动能公式即得风流动压Hu(Pa)计算式：Hu=2/2 全压：全压Pt等于静压Ps与动压Hu之和，即 Pt=Ps+Hu,空气压力动压、静压、全压关系,空气压力动压、静压、全压关系,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 1hPa=100Pa；1kPa=1000Pa。,空气压力测定,分为：空气绝对压力测定空气相对压力测定,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：一般用表示,其单位为NS/m2(Pas),受气温影响,与压力无关。运动粘度：一般用表示，其单位为m2/s，受温度和压力影响。与之间的关系：=/，其中为空气的密度（kg/m3）。计算中,和可直接通过查表获得。,流态判据：雷诺数Re，当Re2300时为紊流，反之为层流。Re值计算式：m流道流体平均速度，m/s;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）。,一、风流流态,2.2 风流流动特性,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。,风流型式及风速射流,分为自由射流和有限射流,风流型式及风速射流,自由射流风流结构主要参数:扩张角和射流边界层宽度R,它们的计算式为:tg(/2)=3.4a R=X tg(/2)=3.4 a X a射流风流结构系数,圆管a=0.060.08;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。,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；rr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,一、连续方程计算,流体力学连续方程:一维流道：s u 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：,2.3 空气流动过程的基本方程,一、连续方程计算,一维流道风流质量连续方程：Um1S11=Um2S22 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；1、2流道1、2断面的空气密度，kg/m3。等密度：即1=2时：Um1S1=Um2S2,一、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。,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2/2和位势能Zg，即E=P+Zg+2/2 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。,二、能量方程,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：,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=2 2/2+h12,一、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,2.4 风流参数的测定,空气压力测定,水银气压计,空盒气压计,空气压力测定,空盒气压计,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,空气压力测定,U型压力计,空气压力测定,原 理P=g（h1+h2）=g（1+F2/F1）h2=g（1+F2/F1）Lsin=KgL K仪器校正系数；,L倾斜管的始末读数差，mm；液体的密度，kg/m3,空气压力测定,补偿式微压计,空气压力测定,补偿式微压计,空气压力测定,补偿式微压计,二、风速测定方法,风速测定方法机械风表,类型：杯式和翼式两种。,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,风速测定机械风表,杯式：用于10m/s的高风速测定；翼式：用于0.110m/s的中等风速测定，高敏度翼式风表可测定0.10.5m/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。,风速测定机械风表,风速测定热球风速仪,风速测定热球风速仪,热式风速计,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)，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,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300600mm时，n取3，直径为7001000mm时，n取4。管道断面平均动压Hu（Pa）计算式：,风速测定动压法,
