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第五章 通风管道的设计计算 通风管道是通风除尘和空调系统的重要组成部分。 目的是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最优。 应与排风罩的设计、除尘器和通风机的选型等一起进行全面考虑，它直接影响到通风除尘和空调系统的使用效果和技术经济性能。 主要内容包括：风管的布置、管径的确定、管内气体流动时能量消耗的估算以及为保护通风除尘系统的正常运行所必须采用的风管附件的设置等。 本章主要阐述通风管道的设计原理和计算方法。 5．1 风管内空气流动的阻力 5．2 管道系统的压力分布 5．3 通风除尘管道系统的设计计算 5．4 通风管道的布置及部件 5．5 均匀送风与均匀吸风管道的设计计算 5．1 风管内空气流动的阻力 摩擦阻力：是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，称为或沿程阻力； 局部阻力：是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。 5．1．1 摩擦阻力 根据流体力学原理，空气在横断面形状不变的管道内流动时的摩擦阻力按下式计算： f ——管道中充满流体部分的横断面积，m2； P ——湿周长，即为风管的周长，m； 对于圆形风管，摩擦阻力计算公式可改写为： 摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管管壁的相对粗糙度有关。 在通风和空调系统中，薄钢板风管的空气流动状态大多数属于紊流光滑区到粗糙区之间的过渡区。 计算过渡区摩擦阻力系数的公式很多，目前得到较广泛采用的公式为： 进行通风管道设计时，为了避免烦琐的计算，可根据公式 制成各种形式的计算表或线解图。图5-1所示的线解图，可供计算管道阻力时使用。只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余的两个参数。 线解图是按过渡区的λ值， 在大气压力B0＝101.3kPa、 温度t0＝20℃、 空气密度ρ0=1.204 kg／m3、 运动粘度ν0＝15.06×l0-6 m2／s、 管壁粗糙度K＝0.15mm、圆形风管等条件下得出的。 当实际使用条件与上述条件不相符时，应进行修正。 （1）密度和粘度的修正 Kt和KB可直接由图5-2查得。从图5-2可以看出，在t=0～100℃的范围内，可近似把温度和压力的影响看作是直线关系。 (3)管壁粗糙度的修正 摩擦阻力系数λ值不仅与雷诺数Re有关，还与管壁粗糙度K有关。粗糙度增大，阻力系数λ值增大。 在通风空调工程中，常采用不同材料制作风管，各种材料的粗糙度K见下表所示 当风管管壁的粗糙度K≠0.15mm时，可先由图6-1查出Rm0，再近似按下式修正。 （4）矩形风管的摩擦阻力计算 为利用圆形风管的线解图或计算来计算矩形风管的摩擦阻力，需要把矩形风管断面尺寸折算成相当的圆形风管直径，即折算成当量直径，再据此求得矩形风管中的单位长度的摩擦阻力。 所谓“当量直径”，就是与矩形风管有相同单位长度摩擦阻力的圆形风管直径，有流速当量直径和流量当量直径。 1）流速当量直径 设某一圆形风管中的空气流速与矩形风管中的空气流速相等，并且两者的单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为此矩形风管的流速当量直径，以Du表示。 根据这一定义，圆形风管和矩形风管的水力半径必须相等。 圆形风管的水力半径为： 2）流量当量直径 设某一圆形风管中的气体流量与矩形风管的气体流量相等，并且单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为此矩形风管的流量当量直径，以DL表示。 根据推导，流量当量直径可近似按下式计算。 5．1．2 局部阻力 当空气流过断面变化的管件（如各种变径管、风管进出口、阀门）、流向变化的管件（弯头）和流量变化的管件（如三通、四通、侧面送、吸风等），由于管道边界形状的急剧改变，引起气流中出现涡流区和速度的重新分布，从而使流动的能耗增加，这种能耗称局部阻力。 （1）局部阻力计算 局部阻力按下式计算 式中 ζ——局部阻力系数。 局部阻力系数一般通过实验方法来确定。 实验时先测出管件前后的全压差（即局部阻力pz，再除以与速度u的动压，求得局部阻力系数ζ值。 有的还整理成经验公式。可查有关表。 严格地说在管件处造成的能量损失仅仅占局部阻力损失的一部分，另一部分在管件下游一定长度的管段上消耗的，因此无法与摩擦阻力分开。为了计算方便，通常是假定局部阻力集中在管件的某一断面上，并包含了它的摩擦阻力。 局部阻力在通风除尘管道和空调系统中占有较大的比例，往往占风管总阻力的40～80%，因此，必须采取积极措施，把局部阻力减小到最低限度。 （2）一些管件的设计 在通风除尘管道设计中，对管件的制作、连接、气流的进出口、风管与风机的接口等部分，都有一定的制作要求。 1）风管系统的进出口 风管系统的进口处是各种