空调管道水力计算.ppt

空调系统水力计算气体输配管网水力计算气体输配管网水力计算 计算之前，需先完成空气输配管网的布置，计算之前，需先完成空气输配管网的布置，包包括系统划分；管道括系统划分；管道 布置、设备和各送排风点位置的布置、设备和各送排风点位置的确定；各送风点要求的风量和要求各管段的风量也确定；各送风点要求的风量和要求各管段的风量也得一一确定得一一确定 完成上述前期准备工作之后，方可按假定流速完成上述前期准备工作之后，方可按假定流速法的基本步骤进行水力计算法的基本步骤进行水力计算2.3.1.1 管内流速和管道断面尺寸管内流速和管道断面尺寸（（1）绘制风管系统轴测图）绘制风管系统轴测图 绘制风管系统轴测图，并划分好管段，对各管绘制风管系统轴测图，并划分好管段，对各管段进行编号，标注长度和风量段进行编号，标注长度和风量w通常按流量和断面变化划分管段，一条管段通常按流量和断面变化划分管段，一条管段内流量和管段断面不变，内流量和管段断面不变，流量和断面二者之流量和断面二者之一或二者同时发生变化之处是管段的起点或一或二者同时发生变化之处是管段的起点或终点。

终点管段长度按管段的中心线长度计算，管段长度按管段的中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度w（（2）确定管内流速）确定管内流速w管内的流速对通风、空调系统的经济性有较管内的流速对通风、空调系统的经济性有较大影响，对系统的技术条件也有影响大影响，对系统的技术条件也有影响流速流速高高，风管断面小，占用的空间小，材料耗用，风管断面小，占用的空间小，材料耗用少，建造费用小；但系统阻力大，动力消耗少，建造费用小；但系统阻力大，动力消耗大，运行费用增大，运行费用增 加，且增加噪声若气流中加，且增加噪声若气流中w含有粉尘等，会增加设备和管道含有粉尘等，会增加设备和管道 的磨损的磨损反反之，之，流速低流速低，阻力小，动力消耗少；但是风，阻力小，动力消耗少；但是风管断面大，材料和建造费用大，风管占用的管断面大，材料和建造费用大，风管占用的空间也增大流速过低会使粉尘沉积而堵塞空间也增大流速过低会使粉尘沉积而堵塞管道因此，管道因此，w必须通过全面的技术经济比较选定合理的流必须通过全面的技术经济比较选定合理的流速根据经验总结，风管内的空气流速可按速根据经验总结，风管内的空气流速可按下表确定。

若输送的是含尘气流，流速不应下表确定若输送的是含尘气流，流速不应低于其表所列的值低于其表所列的值一般通风系统中常用的空气流速（m/s)表`建筑建筑类别类别动力类别及动力类别及风管材料风管材料干干管管支支管管室内进室内进风口风口室内回室内回风口风口新鲜空新鲜空气入口气入口工业工业建筑建筑机械通风薄机械通风薄钢板钢板6~142~8 1.5~3.52.5~3.55.5~6.5机械通风混机械通风混凝土、砖凝土、砖4~122~6 1.5~3.02.0~3.05~6民用民用及工及工业辅业辅助建助建筑筑自然通风自然通风0.5~1.00.5~0.70.2~1.0机械通风机械通风5~82~52~4w（（3）确定各管段的断面尺寸，计算摩擦阻力）确定各管段的断面尺寸，计算摩擦阻力和局部阻力和局部阻力w根据风管的风量和选择的流速初步确定风管根据风管的风量和选择的流速初步确定风管断面尺寸，并适当调整使其符合通风管道统断面尺寸，并适当调整使其符合通风管道统一规格然后，按调整好的断面尺寸计算管一规格然后，按调整好的断面尺寸计算管内实际流速内实际流速 w2.3.1.2 风管摩擦阻力计算风管摩擦阻力计算w按管内实际流速计算阻力。

阻力计算应从最按管内实际流速计算阻力阻力计算应从最 不利环路（即最长、局部阻力件最多的环路）不利环路（即最长、局部阻力件最多的环路）w开始通风空调管道中，气流大多属于紊流光滑区到通风空调管道中，气流大多属于紊流光滑区到w粗糙区之间的过渡区粗糙区之间的过渡区 可用（2-3-1）式）式 计算计算摩擦阻力系数，再用（摩擦阻力系数，再用（2-3-2）计算比摩阻）计算比摩阻Rmw式中式中 K---风管内壁粗糙，风管内壁粗糙，mm;w D---风管直径，风管直径，mm.w可根据公式（可根据公式（2-3-1）和（）和（2-3-2）制成的计算）制成的计算图表或线算图，可供计算管道阻力时使用图表或线算图，可供计算管道阻力时使用l（（2-3-1））l（（2-3-2））只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数w中的任意两个，即可利用该图求得其余两个中的任意两个，即可利用该图求得其余两个参数该图是按过渡区的参数该图是按过渡区的 值，在压力值，在压力B0=101.3kPa、、温度温度t0=200C、、空气密度空气密度 0=1.24kg/m3、、运动粘度运动粘度 =15.06×10-6m2/s、、壁粗糙度壁粗糙度K=0.15mm、、圆形形风管、气流与管管、气流与管壁壁间无无热量交量交换等条件下得的。

当等条件下得的当实际条件条件与上述不符与上述不符时，，应进行修正w（（1）密度和粘度的修正）密度和粘度的修正w Pa/ml（（2-3-3））式中式中w wR Rmm------实际的单位长度摩擦阻力，实际的单位长度摩擦阻力，实际的单位长度摩擦阻力，实际的单位长度摩擦阻力，Pa/mPa/m；；；；w wR Rm0m0------图上查出的单位长度摩擦阻力，图上查出的单位长度摩擦阻力，图上查出的单位长度摩擦阻力，图上查出的单位长度摩擦阻力，Pa/mPa/m；；；；w w   ------实际的空气密度，实际的空气密度，实际的空气密度，实际的空气密度，kg/mkg/m3 3; ;w w   ------实际的空气运动粘度，实际的空气运动粘度，实际的空气运动粘度，实际的空气运动粘度，mm2 2/s/sw w（（（（2 2））））空气温度、空气温度、空气温度、空气温度、 大气压力和热交换修正大气压力和热交换修正大气压力和热交换修正大气压力和热交换修正w w式中式中式中式中K Kt t--------温度修正系数；温度修正系数；温度修正系数；温度修正系数；w wK KB B------大气压力修正系数；大气压力修正系数；大气压力修正系数；大气压力修正系数；w wK KB B------热交换修正系数。

热交换修正系数热交换修正系数热交换修正系数w w Pa/m(2-3-4)(2-3-5)式中式中 t----实际的空气温度，实际的空气温度，oc.w式中式中 B----实际的大气压力，实际的大气压力，kPawT---气流绝对温度，气流绝对温度，K；；Tb---管壁绝对温度，管壁绝对温度，K2-3-7)(2-3-6)（（3）管壁粗糙度的修正）管壁粗糙度的修正w在通在通风空空调正程中，常采用不同材料制作正程中，常采用不同材料制作风管，各种材料的粗糙度管，各种材料的粗糙度K见表表2-3-4w当当风管管壁的粗糙度管管壁的粗糙度K 0.15mm时，可先由，可先由图查Rm0，，再近似按下式修正再近似按下式修正wKt—管壁粗糙度修正系数管壁粗糙度修正系数；；K---管壁粗糙度，管壁粗糙度，mmV---管内空气流速，管内空气流速，m/slPa/m(2-3-8)(2-3-9) 矩形风管摩阻矩形风管摩阻按当量直径计算单位长度摩擦按当量直径计算单位长度摩擦w阻力。

分阻力分流速当量直径流速当量直径和和流量当量直径流量当量直径两种w1）流速当量直径）流速当量直径w假设某一假设某一圆形风管圆形风管中的空气与中的空气与矩形风管矩形风管中的中的空气空气流速相等流速相等，并且两者的，并且两者的单位长度摩阻力单位长度摩阻力也相等也相等，则该，则该圆管的圆管的 直径就称为流速当量直直径就称为流速当量直径径，以，以DV表示据此定义可推得为：表示据此定义可推得为：(2-3-10)根据矩形风管的流速当量直径根据矩形风管的流速当量直径Dv和实际流速和实际流速V，， 由图由图2-3-1查得的查得的Rm即为矩形风管的单位长度即为矩形风管的单位长度摩擦阻力摩擦阻力 [例例] 有一表面光滑的砖砌风道（有一表面光滑的砖砌风道（K=3mm），），横断面尺寸为横断面尺寸为500mm× 400mm,流量流量L=1m3/s(3600m3/h)，，求单位长度摩阻力求单位长度摩阻力 [解解2-1] 矩道风道内空气流速矩道风道内空气流速由由V=5m/s、、Dv=444mm查图查图2-3-1(P51)得得Rm0=0.62Pa/m粗糙度修正系数粗糙度修正系数2002001.01.00.010.010.10.110010040040040004000管径管径管径管径404035351 180d80d流速流速流速流速30304444445 50.620.62R Rmm(Pa/m(Pa/m) )空气量空气量空气量空气量mm3 3/s/s图图2-3-1(P51)(P51)4504502)流量当量直径流量当量直径w设某一设某一圆形风管中的流量与矩形风管的圆形风管中的流量与矩形风管的流量流量相等相等，并且，并且单位长度摩擦阻力也相等单位长度摩擦阻力也相等，则该，则该圆管的直径就称为矩形风管的圆管的直径就称为矩形风管的流量当量当量流量当量当量直径直径，以，以DL表示。

根据推导，流量当量直径表示根据推导，流量当量直径可近似按下式计算：可近似按下式计算：w以流量当量直径以流量当量直径DL和矩形风管的流量和矩形风管的流量L，，查图查图2-3-1所得的单位长度的摩擦阻力所得的单位长度的摩擦阻力Rm，，即为矩即为矩形风管的单位长度的摩擦阻力形风管的单位长度的摩擦阻力2-3-11)l l由由由由L=1mL=1m3 3/S/S、、、、D DL L=487mm=487mm查图查图查图查图2-3-12-3-1得得得得R Rm0m0=0.61Pa/m=0.61Pa/mR Rmm=1.96=1.96× ×0.61=1.2 Pa/m0.61=1.2 Pa/m[例例2-2] [例例2-1]改用流量当量直径求矩形风管改用流量当量直径求矩形风管w单位长度摩擦阻力单位长度摩擦阻力w[解解] 矩形风道的流量当量直径矩形风道的流量当量直径0.010.011.01.02002002002001.01.00.010.010.10.110010040040040004000管径管径管径管径404035351 180d80d流速流速流速流速30304474475 50.610.61R RmmPa/mPa/m空气量空气量空气量空气量mm3 3/s/s2.3.1.3 风风管管局部阻力计算局部阻力计算w首先确定局部阻力系数首先确定局部阻力系数   和它对应的特征速和它对应的特征速度度V ，，然后代入（然后代入（2-2-3）式计算局部阻力。

式计算局部阻力w各种局部阻力系数各种局部阻力系数 通常查设计手册等确定通常查设计手册等确定各种设备的局部阻力或局部阻力系数，由设各种设备的局部阻力或局部阻力系数，由设备生产厂提供备生产厂提供w各管段摩擦阻力和局部阻力之和即为该管段各管段摩擦阻力和局部阻力之和即为该管段的阻力各管段阻力计算完成后，应进行并的阻力各管段阻力计算完成后，应进行并联管路的阻力平衡，以保证实际流量分配满联管路的阻力平衡，以保证实际流量分配满足要求w 2.3.1.4 并联管路的阻力平衡并联管路的阻力平衡w为了保证各管路达到预期的风量，使并联支管为了保证各管路达到预期的风量，使并联支管的计算阻力相等，称为并联管路阻力平衡对的计算阻力相等，称为并联管路阻力平衡对一般的通风系统，两支管的计算阻力差应不超一般的通风系统，两支管的计算阻力差应不超过过15%；含尘风管应不超过；含尘风管应不超过10%若过上述规若过上述规定，采用下述方法进行阻力平衡定，采用下述方法进行阻力平衡w（（1）调整支管管径）调整支管管径w这种方法通过改变支管管径来调整支管阻力，这种方法通过改变支管管径来调整支管阻力，达到阻力平衡调整后的管径按下式计算：达到阻力平衡。

调整后的管径按下式计算：(2-3-12)式中式中 D’----调整后的管径；调整后的管径；wD---原设计的管径，原设计的管径，mm;w p---原设计的支管阻力，原设计的支管阻力，Pa;w p’---要求达到的支管阻力，要求达到的支管阻力，Paw w应当指出应当指出应当指出应当指出，采用本方法时，，采用本方法时，，采用本方法时，，采用本方法时，不宜改变三通支管直径不宜改变三通支管直径不宜改变三通支管直径不宜改变三通支管直径，，，，可在三通支管上可在三通支管上可在三通支管上可在三通支管上先增设一节渐扩（缩）管先增设一节渐扩（缩）管先增设一节渐扩（缩）管先增设一节渐扩（缩）管，，，，w w以免引起三通局部阻力的变化以免引起三通局部阻力的变化以免引起三通局部阻力的变化以免引起三通局部阻力的变化w（（2）阀门调节）阀门调节w通过通过改变阀门开度，调节阀门阻力改变阀门开度，调节阀门阻力，从理论，从理论上讲是最简单易行的方法但对一个多支管上讲是最简单易行的方法但对一个多支管的通风的空调管网，是一项的通风的空调管网，是一项复杂复杂的技术工作的技术工作必须进行必须进行反复调整、测试反复调整、测试才能实现预期的流才能实现预期的流量分配。

量分配2.3.1.5 计算系统的总阻力和获得管网特性计算系统的总阻力和获得管网特性曲线曲线w最最不利环路所有串联管段阻力（包括设备）不利环路所有串联管段阻力（包括设备）之和，即为管网系统的总阻力之和，即为管网系统的总阻力 p管网的特管网的特性曲线为：性曲线为：w  p=SQ2 式中式中 S---管网阻抗，管网阻抗，kg/s7; Q---管网总流量，管网总流量，m3/s管网阻抗管网阻抗与与管网管网几何尺寸几何尺寸及管网及管网中的摩擦阻力中的摩擦阻力系数，局部阻力系数，流体密度有关系数，局部阻力系数，流体密度有关当这些因素不变时，管网阻抗些因素不变时，管网阻抗S为常数根据计算为常数根据计算的的(2-3-13)的管网总的管网总阻力和要求的总风量阻力和要求的总风量Q，，即可用即可用w式（式（2-3-14）计算管网阻抗，获得管网特性）计算管网阻抗，获得管网特性曲线w不计算管段阻力和管网总阻力，而先计算各不计算管段阻力和管网总阻力，而先计算各管段阻抗，再按如下串联管路的阻抗关系计管段阻抗，再按如下串联管路的阻抗关系计算管网阻抗，也可获得管网特性曲线。

算管网阻抗，也可获得管网特性曲线w管段管段i:(2-3-14)(2-3-15)串联管路：串联管路：`并联管路：并联管路：上述公式表明，管网中任一管段的有关参数变上述公式表明，管网中任一管段的有关参数变化，都会引起整个管网特性曲线的变化，从化，都会引起整个管网特性曲线的变化，从而改变管网总流量和管段的流量分配，这决而改变管网总流量和管段的流量分配，这决定了管网调整的复杂性进一步从理论上可定了管网调整的复杂性进一步从理论上可以证明，以证明，(2-3-16)(2-3-17)管网管网设计时不作好阻力平衡，完全依靠阀门设计时不作好阻力平衡，完全依靠阀门w调节流量的作法难以奏效，尤其是并联管路调节流量的作法难以奏效，尤其是并联管路较多的管网较多的管网w获得管网特性曲线后即可结合动力设备（风获得管网特性曲线后即可结合动力设备（风机）的性能曲线匹配动力设备，具体匹配方机）的性能曲线匹配动力设备，具体匹配方法在第法在第7章介绍w2.3.1.6 计算例题计算例题w[例例2-3] 图图2-3-2所示的通风除尘管网风管所示的通风除尘管网风管用钢板制作，输用钢板制作，输w送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。

送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温w除尘器阻力除尘器阻力 Pc=1200Pa对该管网进行水对该管网进行水力力计算，获得管网特性曲线计算，获得管网特性曲线w w图图图图1 1L=11mL=11m2 23 3L=6mL=6mL=3mL=3m5 5L=4mL=4mL=6mL=6m4 47 7L=6mL=6m6 6L=8mL=8m圆形伞形罩圆形伞形罩圆形伞形罩圆形伞形罩1500m1500m3 3/s/s4000m4000m3 3/s/s800m800m3 3/s/s风机风机风机风机除尘器除尘器除尘器除尘器图图2-3-2 通风除尘系统的系统图通风除尘系统的系统图[解解]：：w1.对各管段进行编号，标出管段长度和风点对各管段进行编号，标出管段长度和风点的排风量的排风量w2.选定最不利环路，本系统选择选定最不利环路，本系统选择1-3-5-除尘器除尘器- 6-风机风机-7为最利环路为最利环路w3.根据各管段的风量及选定的流速，确定最根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路各管段的断面尺寸和单位长度摩擦不利环路各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力w根据表根据表2-2-3输送含有轻矿物粉尘的空气时，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管风管内最小风速为，垂直风管12m/s、、水平水平风管风管14m/s.考虑到除尘器及风管漏风，取考虑到除尘器及风管漏风，取5%的漏风的漏风w系数，管段系数，管段6及及7的计算量为的计算量为6300×1.05=6615m3/h.w管段管段1w有水平有水平风管，初定流速管，初定流速为14m/s。

根据根据Q1=1500m/h(0.42m3/s)、、V1=14m/s所所选管径管径按按通通风管道管道 统一一规格格调整整为wD1=200mm：：实际流速流速V1=13.4m3/S;由由图2-3-1查得，得，Rml=12.5Pa/mw同理可同理可查得管段得管段3、、5、、6、、7的管径及比摩阻，的管径及比摩阻，具体具体结果果见表表2-3-5w4.确定管段确定管段2、、4的管径及单位长度摩擦力，的管径及单位长度摩擦力，见表见表2-3-5w5.从阻力手册、暖通设计手册等资料查各管段从阻力手册、暖通设计手册等资料查各管段的局部阻力系数的局部阻力系数w（（1）管段）管段1 w设备密闭罩设备密闭罩 =1.0（对应接管动压）（对应接管动压）w900 弯头（弯头（R/D=1.5））一个一个 =0.17w直流三通（直流三通（13）（见图）（见图2-3-3）根据）根据F1+F2=F3，，w =300,F2/F3=w(140/240)2=0.340wQ2/Q3=800/2300=0.384,w查得查得 13=0.20   V V1 1,F,F1 1V V3 3,F,F3 3V V2 2,F,F2 2图图图图2-3-32-3-3合流三通合流三通合流三通合流三通=1.0+0.17+0.20=1.37w（（2）管段）管段2 w圆形伞形罩圆形伞形罩 =600, 3=0.09w90o弯头（弯头（R/D=1.5））1个，个， =0.17w60o弯头（弯头（R/D=1.5））1个，个， =0.14w合流三通（合流三通（23）（见图）（见图2-3-3）） 23=0.20w=0.09+0.17+0.14+0.20=0.60w（（3）管段）管段3 w直流三通（直流三通（3  5））（见图（见图2-3-4）根据）根据F3+F4=F5，，  =300，，F4/F5=(300/380)2=0.62wQ4/Q5=4000/6300=0.634,查得查得 35=-0.05 =-0.05w（（4）管段）管段4w设备密闭罩设备密闭罩 =1.0（对应接管动压）（对应接管动压）w900 弯头（弯头（R/D=1.5））一个一个 =0.17w合流三通（合流三通（45）（见图）（见图2-3-4）） 45=0.24w=1.0+0.17+0.24=1.41w（（5）管段）管段5w除尘器进口变径管（渐扩管）除尘器进口变径管（渐扩管）w除尘器出口尺寸除尘器出口尺寸300mm×800mm变径管长度变径管长度wL=400mm,tan   =0.475, =25.4o,  =0.10900 弯头（弯头（R/D=1.5））2个个, =2×0.17=0.34w w风机进口渐扩管风机进口渐扩管风机进口渐扩管风机进口渐扩管w w按要求的总风量和估计的管网总阻力先近似选出一按要求的总风量和估计的管网总阻力先近似选出一按要求的总风量和估计的管网总阻力先近似选出一按要求的总风量和估计的管网总阻力先近似选出一台风机，风机进口直径台风机，风机进口直径台风机，风机进口直径台风机，风机进口直径D D0 0=500mm,=500mm,变径管长度变径管长度变径管长度变径管长度L=300mmL=300mmwF0/F6=(500/420)2=1.41w wtan tan     =0.13, =0.13,   =7.6=7.6o o, ,    =0.03=0.03w=0.10+0.34+0.03=0.47w w（（（（7 7））））管段管段管段管段7 7w w风机出口渐扩管风机出口渐扩管风机出口渐扩管风机出口渐扩管w w风机出口尺寸风机出口尺寸风机出口尺寸风机出口尺寸410mm410mm× ×315mm315mm，，，，D7=420mmD7=420mmwF7/F出出=0.138/0.129)=1.07，，0 0带带扩散管的伞形风帽（扩散管的伞形风帽（h/D=0.5））` =0.60, =0.606.计算各管段的沿程摩擦阻力局部阻力。

计算计算各管段的沿程摩擦阻力局部阻力计算结果见表结果见表2-3-57.对并联管段进行阻力平衡对并联管段进行阻力平衡（（1）汇合点）汇合点A为使管段为使管段1、、2达到阻力平衡，改变管段达到阻力平衡，改变管段2的管径，的管径，w增大其阻力根据公式（增大其阻力根据公式（2-3-12））w根据通风管道统一规格，取根据通风管道统一规格，取w仍不平衡，只好取仍不平衡，只好取 ，在运行时再，在运行时再辅以阀门调节，消除平衡辅以阀门调节，消除平衡（（1）汇合点）汇合点B`为使阻力平衡，改变管段为使阻力平衡，改变管段4的管径的管径通风管道统一规格中没有此规格，但管段通风管道统一规格中没有此规格，但管段4长，长，按按 制作，使制作，使1、、3处于平衡处于平衡8.计算系统总阻力，获得管网特性曲线计算系统总阻力，获得管网特性曲线`管网特性曲线为管网特性曲线为。