风系统水力计算(DOC).doc
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3.2风道的水力计算
水力计算是通风系统设计计算的主要部分。
它是在确定了系统的形式、设备布置、各送、排风点的位置及风管材料后进行的。
水力计算最主要的任务是确定系统中各管段的断面尺寸,计算阻力损失,选择风机。
3.2.1水力计算方法
风管水力计算的方法主要有以下三种:
(1)等压损法
该方法是以单位长度风道有相等的压力损失为前提条件,在已知总作用压力的情况下,将总压力值按干管长度平均分配给各部分,再根据各部分的风量确定风管断面尺寸,该法适用于风机压头已定及进行分支管路阻力平衡等场合。
(2)假定流速法
该方法是以技术经济要求的空气流速作为控制指标.再根据风量来确定风管的断面尺寸和压力损失.目前常用此法进行水力计算。
(3)静压复得法
该方法是利用风管分支处复得的静压来克服该管段的阻力,根据这的断面尺寸,此法适用于高速风道的水力汁算。
3.2.2水力计算步骤
现以假定流速法为例,说明水力计算的步骤:
(1)绘制系统轴测示意图,并对各管段进行编号,标注长度和风量。
通常把流量和断面尺寸不变的管段划为一个计算管段。
(2)确定合理的气流速度
风管内的空气流速对系统有很大的影响。
流速低,阻力小,动力消耗少,运行费用低,但是风管断面尺寸大,耗材料多,建造费用大。
反之,流速高,风管段面尺寸小,建造费用低,但阻力大,运行费用会增加,另外还会加剧管道与设备的磨损。
因此,必须经过技术经济分析来确定合理的流速,表3-2,表3-3,表3-4列出了不同情况下风管内空气流速范围。
表3-2工业管道中常用的空气流速(m/s)
建筑物类别
管道系统的部位
风速
靠近风机处的极限流速
自然通风
机械通风
辅助建筑
吸入空气的百叶窗
0-1.0
2-4
10-12
吸风道
1-2
2-6
支管及垂直风道
0.5-1.5
2-5
水平总风道
0.5-1.0
5-8
近地面的进风口
0.2-0.5
0.2-0.5
近顶棚的进风口
0.5-1.0
1-2
近顶棚的排风口
0.5-1.0
1-2
排风塔
1-1.5
3-6
工业建筑
材料
总管
支管
室内进风口
室内回风口
新鲜空气入口
薄板材
6-14
2-8
1.5-3.5
2.5-3.5
5.5-6.5
砖、矿渣、石、水泥
矿渣混凝土
4-12
2-6
1.5-3.0
2.0-3.0
5-6
表3-3除尘风道空气流速(m/s)
灰尘性质
垂直管
水平管
灰尘性质
垂直管
水平管
粉状的粘土和沙
11
13
铁和铜(屑)
19
23
耐火泥
14
17
灰土、砂尘
16
18
重矿物灰尘
14
16
锯屑、刨屑
12
14
轻矿物灰尘
12
14
大块干木屑
14
15
干型砂
11
13
干微尘
8
10
煤灰
10
12
染料灰尘
14-16
16-18
湿土(2%以下)
15
18
大块湿木屑
18
20
铁和铜(尘末)
13
15
谷物灰尘
10
12
棉絮
8
10
麻(短纤维灰尘、杂质)
8
12
水泥灰尘
8-12
18-22
表3-4空调系统中的空气流速(m/s)
部位\风速
低速风管
高速风管
推荐风速
最大风速
推荐
最大
居住
公共
工业
居住
公共
工业
一般建筑
新风入口
2.5
2.5
2.5
4.0
4.5
6
3
5
风机入口
3.5
4.0
5.0
4.5
5.0
7.0
8.5
16.5
风机出口
5-8
6.5-10
8-12
8.5
7.5-11
8.5-14
12.5
25
主风道
3.5-4.5
5-6.5
6-9
4-6
5.5-8
6.5-11
10
30
水平支风道
3.0
3.0-4.5
4-5
3.5-4.0
4.0-6.5
5-9
10
22.5
垂直支风道
2.5
3.0-3.5
4.0
3.25-4.0
4.0-6.0
5-8
4
22.5
送风口
1-2
1.5-3.5
3-4.0
2.0-3.0
3.0-5.0
3-5
⑶由风量和流速确定最不利环路各管段风管断面尺寸,计算沿程损失、局部损失及总损失。
计算时应首先从最不利环路开始,即从阻力最大的环路开始。
确定风管断面尺寸时,应尽量采用通风管道的统一规格。
⑷其余并联环路的计算
为保证系统能按要求的流量进行分配,并联环路的阻力必须平衡。
因受到风管断面尺寸的限制,对除尘系统各并联环路间的压损差值不宜超过10%,其他通风系统不宜超过15%,若超过时可通过调整管径或采用阀门来进行调节。
调整后的管径可按下式确定
mm
式中——调整后的管径,m;
一原设计的管径,m;
——原设计的支管阻力,Pa;
——要求达到的支管阻力,Pa。
需要指出的是,在设计阶段不把阻力平衡的问题解决,而一味的依靠阀门开度的调节,对多支管的系统平衡来说是很困难的,需反复调整测试。
有时甚至无法达到预期风量分配,或出现再生噪声等问题。
因此,我们一方面加强风管布置方案的合理性,减少阻力平衡的工作量,另一方面要重视在设计阶段阻力平衡问题的解决。
(5)选择风机
考虑到设备、风管的漏风和阻力损失计算的不精确,选择风机的风量,风压应按下式考虑考虑m/h
Pa
式中——风机的风量,m/h;
——系统总风量,m/h;
——风机的风压,Pa;
——系统总阻力,Pa;
——风量附加系数,除尘系统=1.1-1.5;一般送排风系统=1.1;
——风压附加系数,除尘系统=1.15-1.20;一般送排风系统=1.1-1.15
当风机在非标准状态下工作时,应对风机性能进行换算,在此不再详述.可参阅《流体力学及泵与风机》。
例3-3如图3=10所示的机械排风系统,全部采用钢板制作的圆形风管,输送含有有害气体的空气(=1.2m/kg),气体温度为常温,圆形伞形罩的扩张角为60°,合流三通分支管夹角为30°,带扩压管的伞形风帽=0.5,当地大气压力为92kPa,对该系统进行水力计算。
图3-10机械排风系统图
解1.对管段进行编号,标注长度和风量,如图示。
2.确定各管段气流速度,查表3-2有:
工业建筑机械通风对于干管=6-14m/s;对于支管=2-8m/s。
3.确定最不利环路,本系统①—⑤为最不利环路。
4.根据各管段风量及流速,确定各管段的管径及比摩阻,计算沿程损失,应首先计算最不利环路,然后计算其余分支环路。
如管段①,根据=1200m3/h,=6-14m/s
查附录2可得出管径=220mm,=9m/s,=4.5Pa/m
查图3-1有=0.91,则有Pa/m
Pa
也可查附录2确定管径后,利用内插法求出:
,。
同理可查出其余管段的管径、实际流速、比摩阻,计算出沿程损失,具体结果见表3-5。
5.计算各管段局部损失
如管段①,查附录4有:
圆形伞形罩扩张角60°,,90°弯头2个,,合流三通直管段,见图3-10。
°,查得,
其余各管段的局部阻力系数见表3-6。
Pa
同理可得出其余管段的局部损失,具体结果见表3-5。
6.计算各管段的总损失,结果见表3-5。
表3-5通风管道水力计算表
管段编号
流量L/
m3/h
管段长度l/m
管径D/
mm
流速/
m/s
比摩阻/
Pa/m
比摩阻修正系数
实际比摩阻
/
Pa/m
动压Pd/
Pa
局部阻力系数
沿程损失/
Pa
局部损失/
Pa
管段总损失/
Pa
备注
最不利环路
1
1200
13
220
9
4.5
0.91
4.1
48.6
1.15
53.3
55.89
109.2
2
2100
6
280
9.6
3.9
0.91
3.55
55.3
0.81
21.3
44.79
66.1
3
3400
6
360
9.4
2.7
0.91
2.46
53
1.08
14.76
57.24
72.0
4
4900
11
400
10.6
3
0.91
2.73
67.4
0.3
30.03
20.22
50.3
5
4900
15
400
10.6
3
0.91
2.73
67.4
0.6
40.95
40.44
81.4
分支环路
6
900
9
200
8
4.1
0.91
3.73
38.4
0.03
33.57
1.2
35.1
与①平衡
7
1300
9
200
11.9
9.5
0.91
8.7
85
0.64
78.3
54.4
132.7
与①+②平衡
8
1500
10
200
13.0
11
0.91
10
101.4
1.26
100
127.8
227.8
与①+②+③平衡
6
900
9
160
12.3
13
0.91
11.83
90.8
0.03
106.4
2.7
109.1
阻力平衡
表3-6各管段局部损失系数统计表
管段
局部阻力名称、数量
管段
局部阻力名称、数量
1
圆形伞形罩(扩张角60°)1个
0.09
6
圆形伞形罩(扩张角60°)1个
0.09
90°弯头()2个
90°弯头()
1个
合流三通直管段
0.76
合流三通分支段
-0.21
2
合流三通直管段
0.81
7
圆形伞形罩(扩张角60°)1个
0.09
3
合流三通直管段
1.08
90°弯头()
1个
4
90°弯头()
2个
合流三通分支段
0.4
风机入口变径(忽略)
0.0
8
圆形伞形罩(扩张角60°)1个
0.09
5
风机入口变径(忽略)
0.0
90°弯头()
1个
带扩散管伞形风帽()1个
合流三通分支段
0.9
60°弯头()1个
0.12
7.检查并联管路管道阻力损失的不平衡率
⑴管段⑥和管段①
不平衡率
调整管径
mm
取mm
查附录2得
mmm/sPa/m
Pa/m
mm
查附录4,合流三通分支管阻力系数约为-0.21,
阻力计算结果见表3-5,Pa
不平衡率为
满足要求。
⑵管道⑦与管段①+②
不平衡率为
若将管段⑦调至mm,不平衡率仍然超过15%,因此采用mm,用阀门调节。
⑶管段⑧与管段①+②+③
不平衡率
满足要求。
8.计算系统总阻力
Pa
9.选择风机
风机风量m/h
风机风压Pa,可根据、查风机样本选择风机,电动机。
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