等截面送风管道静压分布和风口等量率计算.docx

等截面送风管道静压分布和风口等量率计算胡维撷，陈德芳(上海市隧道工程轨道交通设计研究院)摘要:本文介绍了等截面多风口送风管道内静压分布基本式理论推导和风口等量率计算方法，着重对工程实践中应用较多的大阻力管道和小阻力管道压力分布特性进行分析比较，并根据实际地下工程测定数据验证其理论计算可靠性，可供道路隧道等量送风长管道和轨交地下车站站厅站台公共区、设备管理用房等量送风管道设计计算和工程调试作借鉴和参考。关键词:等截面多风口送风管道大阻力等静压分流运动阻力系数等量率等截面多风口送风管道应用于采用全横向或半横向通风方式的道路隧道、轨交地下车站公共区送风系统中。其管道内静压分布计算和风口开度调节计算是地下工程通风的主要技术问题之一，等量送风技术直接影响到地下工程内气流组织、通风效果和卫生条件。在实际工程应用中，等量送风管道长达数十米至数百米，风口数达数十只。如何进行等量送风计算是设计、调试中经常碰到的问题。等截面等量送风管道内根据静压力分布特性可分为大阻力特性管道和小阻力特性管道。本文在设计计算中，对于大阻力特性管道是通过调整送风口开度来获取等量送风率要求;而小阻力特性管道则是采用匹配管道初始断面风速与送风口风速之比，以及送风口长宽比型式达到等量送风率的要求。hn(hx)管道内任意横断面静压(Pa);h0管道内末端静压(Pa);hr大气压力(Pa);空气密度(kg/m3)。等截面等量送风管道送风口送风口间距(m);ρ1．2lNnmaKqviv送风口总数;任意号送风口序号(从管道末端起编号);管道内最小静压点处的送风口序号;与送风管道相接处送风口全开面积(m2);送风口开度;送风口风量(m3/s);与送风管道相接处任意号送风口风速(m/s);与大气相接处送风口风速(m/s)。系数1．3等截面等量送风管道摩阻系数;大阻力特性管道通路阻力系数，是送风口λξ11等截面等量送风管道计算符号说明1．1等截面等量送风管道L管道长度(m);A管道横断面积(m2);d管道当量直径(m);x变数座标，按管道内逆气流方向计算(m);Q管道内总风量(m3/s);引起的三通附加损失之一;大阻力特性管道旁通阻力系数，是送风口ξ2引起的三通附加损失之一;大阻力特性管道送风口阻力系数，是风口ξk开度的函数;小阻力特性管道送风口阻力系数，是风口ξa3Qn(Qx)管道内任意横断面风量(m/s);型式和风速的函数;VN管道内近风机端初始横断面风速(m/s);科氏系数，小阻力特性管道阻力系数，是管αVn(Vx)管道内任意横断面风速(m/s);道风速和风口型式函数。hN管道内近风机端初始横断面静压(Pa);—26—设备胡维撷，等:等截面送风管道静压分布和风口等量率计算第4期看出，等截面等量送风管道内，静压值hx是根据x值的变化而成为比h0大或比h0小的数值。等截面等量送风管道压力变化基本式理论推导现研究一单位长度的等截面等量送风管道，有等量空气从管道内通过风口向管外送出(见图1)。送风管道内风速由初始断面(送风机端)沿气流方向随着距离呈直线变化，至管道末端断面为零。2等截面等量送风管道静压变化特性及其鉴别方法对于一般的等量送风管道而言，根据管道内静压值的分布情况，基本可区分为3种阻力特性管道。3．1等静压管道阻力特性管道内顺气流方向沿全长静压都相等(见图2中①)。显然这样的管道可得到最为理想的等量送风效果。但要做到这一点是不容易的，必须使管道内动压转化为静压的值与管道内阻力损失相等才能达到，这对等截面管道而言是不可能的。只有当管道横断面沿纵向按一定曲线规律变化为楔形管道时才能形成等静压管道，由于在实际工程中施工制作麻烦，因此很少采用。3．2小阻力特性管道管道内顺气流方向沿全长静压值升高，管道内最小静压值位于管道初始断面(见图2中②)。由于管道内静压为变量，因此风口送风量不均匀，送风量顺气流方向沿全长不断增加。长度较短的金属风道属这种阻力特性管道。3．3大阻力特性管道管道内顺气流方向沿全长静压值逐渐减小，达到某一静压最小值后，静压又稍有回升(见图2中③)。这是因为管道中后部处管内流速降低，使阻力损失急剧减小，从而使静压增加所致。为了达到等量送风，必须调节风口尺寸，相应于管道内静压减小而逐渐加大风口面积，随管内静压复得而减小风口面积，这一事实已被理论和实践所证明。管道壁面较粗糙或管道内设置管线桥架的等截面送风长管道属大阻力特性管道。3图1单位长度等量送风管道图若管道全长为L，初始断面风速为VN，则在距管道末端距离x断面处风速Vx可用下式表示:xVx=×VN(1)L现对dx段的两边建立伯努利方程:ρV2ρV2ρV2λxxxhx++×dx+ξ1=2d222ρ?Vx+dVx?hx+dhx+2将式(1)代入上式，整理后得出:ρV2ρV2x2λNxdhx=××2dx－ρVxdVx+ξ1Ld