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用實例教會你如何進行風道設計計算
RSS 打印 復制鏈接 發布時間:2019-10-15 17:48:16

    風道的水力計算是在系統和設備布置、風管材料、各送、回風點的位置和風量均已確定的基礎上進行的。 

   風道水力計算方法比較多,如假定流速法、壓損平均法、靜壓復得法等。對于低速送風系統大多采用假定流速法和壓損平均法,而高速送風系統則采用靜壓復得法。

1.假定流速法 

   假定流速法也稱為比摩阻法。這種方法是以風道內空氣流速作為控制因素,先按技術經濟要求選定風管的風速,再根據風管的風量確定風管的斷面尺寸和阻力。這是低速送風系統目前最常用的一種計算方法。

2.壓損平均法 

   壓損平均法也稱為當量阻力法。這種方法以單位管長壓力損失相等為前提。在已知總作用壓力的情況下,取最長的環路或壓力損失最大的環路,將總的作用壓力值按干管長度平均分配給環路的各個部分,再根據各部分的風量和所分配的壓力損失值,確定風管的尺寸,并結合各環路間的壓力損失的平衡進行調節,以保證各環路間壓力損失的差值小于15%。一般建議的單位長度風管的摩擦壓力損失值為0.8~1.5Pa/m。該方法適用于風機壓頭已定,以及進行分支管路壓損平衡等場合。

3.靜壓復得法 

   靜壓復得法的含義是,由于風管分支處風量的出流,使分支前后總風量有所減少,如果分支前后主風道斷面變化不大,則風速必然下降。風速降低,則靜壓增加,利用這部分“復得”的靜壓來克服下一段主干管道的阻力,以確定管道尺寸,從而保持各分支前的靜壓都相等,這就是靜壓復得法。此方法適用于高速空調系統的水力計算。

二.風道水力計算步驟 

   以假定流速法為例: 

   1.確定空調系統風道形式,合理布置風道,并繪制風道系統軸測圖,作為水力計算草圖。 

   2.在計算草圖上進行管段編號,并標注管段的長度和風量。 

   管段長度一般按兩管件中心線長度計算,不扣除管件(如三通、彎頭)本身的長度。 

   3.選定系統最不利環路,一般指最遠或局部阻力最多的環路。 

   4.選擇合理的空氣流速。 

   風管內的空氣流速可按下表確定。

表8-3空調系統中的空氣流速(m/s)

 

5.根據給定風量和選定流速,逐段計算管道斷面尺寸,然后根據選定了的風管斷面尺寸和風量,計算出風道內實際流速。

   通過矩形風管的風量:G=3600abυ (m3/h)

   式中:a,b—分別為風管斷面凈寬和凈高,m。 

   通過園形風管的風量:G=900πd2υ (m3/h)

   式中:d—為圓形風管內徑,m。 

6.計算風管的沿程阻力 

   根據風管的斷面尺寸和實際流速,查閱查閱附錄13或有關設計手冊中《風管單位長度沿程壓力損失計算表》求出單位長度摩擦阻力損失△py,再根據管長l,進一步求出管段的摩擦阻力損失。

 7.計算各管段局部阻力 

   按系統中的局部構件形式和實際流速υ,查閱附錄14或有關設計手冊中《局部阻力系數ζ計算表》取得局部阻力系數ζ值,再求出局部阻力損失。 

8.計算系統的總阻力,△P=∑(△pyl +△Pj)。 

9.檢查并聯管路的阻力平衡情況。 

10.根據系統的總風量、總阻力選擇風機。、

三.風道設計計算實例 

   某公共建筑直流式空調系統,如圖所示。風道全部用鍍鋅鋼板制作,表面粗糙度K=0.15mm。已知消聲器阻力為50Pa,空調箱阻力為290 Pa,試確定該系統的風道斷面尺寸及所需風機壓頭。 

 圖中:A.孔板送風口600×600;B.風量調節閥;C.消聲器;D.防火調節法;E.空調器;F.進風格柵

[解

1.繪制系統軸測圖,并對各管段進行編號,標注管段長度和風量。

2.選定最不利環路,逐段計算沿程壓力損失和局部壓力損失。本系統選定管段1—2—3—4—5—6為最不利環路。

3.列出管道水力計算表8-4,并將各管段流量和長度按編號順序填入計算表中。

4.分段進行管道水力計算,并將結果均列入計算表8-4中。

管段1—2:風量1500m3/h,管段長l=9m

   沿程壓力損失計算:初選水平支管空氣流速為4m/s,風道斷面面積為:

      F’=1500/(3600×4)=0.104m2

   取矩形斷面為320×320mm的標準風管,則實際斷面積F=0.102m2,實際流速 

      υ=1500/(3600×0.102)=4.08m/s根據流速4.08m/s,查附錄13,得到單位長度摩擦阻力△py=0.7Pa/m,則管段1—2的沿程阻力: 

      △Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa

   局部壓力損失計算:該管段存在局部阻力的部件有孔板送風口、連接孔板的漸擴管、多葉調節閥、彎頭、漸縮管及直三通管。

   孔板送風口:已知孔板面積為600×600mm,開孔率(即凈孔面積比)為0.3,則孔板面風速為 

      υ=1500/(3600×0.6×0.6)=1.16m/s根據面風速1.16m/s和開孔率0.3,查附錄14序號35,得孔板局部阻力系數ζ=13,故孔板的局部阻力 

   △pj1=13×(1.2×1.162)/2=10.5Pa漸擴管:漸擴管的擴張角α=22.5°,查附錄14序號4,得ζ=0.6,漸擴管的局部阻力 

      △pj2=0.9×(1.2×4.082)/2=5.99Pa多葉調節閥:根據三葉片及全開度,查附錄14序號34,得ζ=0.25,多葉調節閥的局部阻力 

      △pj3=0.25×(1.2×4.082)/2=2.5Pa彎頭:根據α=90°,R/b=1.0,查附錄14序號9,得ζ=0.23,彎頭的局部阻力 

      △pj4=0.23×(1.2×4.082)/2=2.3Pa漸縮管:漸縮管的擴張角α=30°<45°,查附錄14序號7,得ζ=0.1,漸縮管的局部阻力 

      △pj5=0.1×(1.2×4.082)/2=1Pa直三通管:根據直三通管的支管斷面與干管斷面之比為0.64,支管風量與總風量之比為0.5,查附錄14序號19,得ζ=0.1,則直三通管的局部阻力 

      △Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa (取三通入口處流速) 

   該管段局部阻力:△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj6

                    =10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6

                    =23.89Pa該管段總阻力 

      △P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa

   管段2—3:風量3000m3/h,管段長l=5m,初選風速為5m/s。 沿程壓力損失計算:

   根據假定流速法及標準化管徑,求得風管斷面尺寸為320×500mm,實際流速為5.2m/s,查得單位長度摩擦阻力△py=0.8Pa/m,則管段2—3的沿程阻力 

      △Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa

   局部壓力損失計算:

   分叉三通:根據支管斷面與總管斷面之比為0.8,查附錄14序號21,得ζ=0.28,則分叉三通管的局部阻力 

      △Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. (取總流流速) 

   該管段總阻力    △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa

   管段3—4:風量4500m3/h,管段長l=9m,初選風速為6m/s。 沿程壓力損失計算: 

   根據假定流速法及標準化管徑,求得風管斷面尺寸為400×500mm,實際流速為6.25m/s,查得單位長度摩擦阻力△py=0.96Pa/m,則管段3—4的沿程阻力 

      △Py=△py×l=0.96×9=8.64Pa局部壓力損失計算:該管段存在局部阻力的部件有消聲器、彎頭、風量調節閥、軟接頭以及漸擴管。

   消聲器:消聲器的局部阻力給定為50Pa,即 

      △pj1= 50.0Pa

   彎頭:根據α=90°,R/b=1.0,a/b=0.8,查附錄14序號10,得ζ=0.2,彎頭的局部阻力 

      △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa

   風量調節閥:根據三葉片及全開度,查附錄14序號34,得ζ=0.25,風量調節閥的局部阻力 

      △pj3=0.25×(1.2×6.252)/2=5.9Pa軟接頭:因管徑不變且很短,局部阻力忽略不計。 

   漸擴管:初選風機4—72—11NO4.5A,出口斷面尺寸為315×360mm,故漸擴管為315×360mm~400×500mm,長度取為360mm,漸擴管的中心角α=22°,大小頭斷面之比為1.76查附錄14序號3,得ζ=0.15,對應小頭流速 

      υ=4500/(3600×0.315×0.36)=11m/s

   漸擴管的局部阻力     △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa

   該管段局部阻力 

      △Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4 

         =50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa

   該管段總阻力 

      △P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5:

   空調箱及其出口漸縮管合為一個局部阻力考慮,△Pj=290 Pa

   該管段總阻力 

      △P4-5=△Pj=290Pa

   管段5—6:風量4500m3/h,管段長l=6m,初選風速為6m/s。 沿程壓力損失計算:

   根據假定流速法及標準化管徑,求得風管斷面尺寸為400×500mm,實際流速為6.25m/s,查得單位長度摩擦阻力△py=0.96Pa/m,則管段5—6的沿程阻力 

      △Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa

   局部壓力損失計算:該管段存在局部阻力的部件有突然擴大、彎頭(兩個)、漸縮管以及進風格柵。

   突然擴大:新風管入口與空調箱面積之比取為0.2,查附錄14序號5,,得ζ=0.64,突然擴大的局部阻力 

△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa彎頭(兩個):

根據α=90°,R/b=1.0,a/b=0.8,查附錄14序號10,得ζ=0.20,彎頭的局部阻力 

      △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa

      2△pj2=4.7×2=9.4 Pa

   漸縮管:斷面從630×500mm單面收縮至400×500mm,取α=<45°,查附錄14序號7,得ζ=0.1,對應小頭流速 

      υ=6.25m/s 漸縮管的局部阻力 

      △pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa

   進風格柵:進風格柵為固定百葉格柵,外形尺寸為630×500mm,有效通風面積系數為0.8,則固定百葉格柵有效通風面積為 

      0.63×0.5×0.8=0.252m2

   其迎面風速為  4500/(3600×0.252)=5 m/s

   查附錄14序號30,得ζ=0.9,對應面風速,固定百葉格柵的局部阻力 

      △p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa

   該管段局部阻力    

    △Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4 

         =15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa

   該管段總阻力 

      △P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5.檢查并聯管路的阻力平衡 

   用同樣的方法,進行并聯管段7—3、8—2的水力計算,并將結果列入表8-4中。 

   管段7—3:

   沿程壓力損失 △Py=9.1 Pa

   局部壓力損失  △Pj=28.9 Pa

   該管段總阻力     △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa

 

   管段8—2:沿程壓力損失   △Py=1.4 Pa

   局部壓力損失   △Pj=25.8 Pa

   該管段總阻力

      △P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa檢查并聯管路的阻力平衡:

   管段1—2的總阻力△P1-2=30.19Pa

   管段8—2的總阻力△P8-2=27.2Pa

      (△P1-2-△P8-2)/△P1-2=(30.19-27.2)/30.19=9.9%<15%

   管段1—2—3的總阻力△P1-2-3=△P1-2+△P2-3=30.19+10.6=40.79 Pa

   管段7—3的總阻力△P7-3=38Pa

      (△P1-2-3-△P7-3)/△P1-2-3=(40.79-38)/40.79=6.8%<15%

   檢查結果表明,兩個并聯管路的阻力平衡都滿足設計要求。如果不滿足要求的話,可以通過調整管徑的方法使之達到平衡要求。 5.計算最不利環路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-6

      =30.19+10.6+80.14+290+46.12

      =457.05 Pa

   本系統所需風機的壓頭應能克服457.05Pa阻力。8-4管道水力計算表 

 

四.風道壓力損失估算法 

   對于一般的空調系統,風道壓力損失值可按下式估算 

      △P=△pyl(1+k)+∑△ps (Pa)

   式中 △py—單位管長沿程壓力損失,即單位管長摩擦阻力損失,Pa/ m。 

   l—最不利環路總長度,即到最遠送風口的送風管總長度加上到最遠回風口的回風管總長度,m。 

   k—局部壓力損失與沿程壓力損失之比值: 

   彎頭、三通等局部管件比較少時,取k =1.0~1.2; 

   彎頭、三通等局部管件比較多時,可取到k =3.0~5.0。 

   ∑△ps—考慮到空氣通過過濾器、噴水室(或表冷器)、加熱器等空調裝置的壓力損失之和。 

   表8-5給出了為空調系統推薦的送風機靜壓值,可供估算時參考:8-5送風機靜壓

參考值表

 

 

 

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