管道阻力的基本计算方法

完满版管道阻力的基本计算方法 管道阻力计算 空气在风管内的流动阻力有两种形式一是由于空气自己的黏滞性以及空气与管壁间的 摩擦所产生的阻力称为摩擦阻力；另一是空气流经管道中的管件时 如三通、弯优等 ，流速的大小和 方向发生变化，由此产生的局部涡流所引起的阻力，称为局部阻力。 一、摩擦阻力 依照流体力学原理，空气在管道内流动时，单位长度管道的摩擦阻力按下式计算 v2 R m 4R s 2 5 3 式中Rm 单位长度摩擦阻力，Pa ／m ； υ风管内空气的平均流速，m ／ s ； ρ空气的密度，kg／ m 3 ； λ摩擦阻力系数； Rs 风管的水力半径，m 。 对圆形风管 R s D 4 5 4 式中D 风管直径， m。 对矩形风管 R s ab 2ab 5 5 式中a， b矩形风管的边长， m 。 所以，圆形风管的单位长度摩擦阻力 5 6 摩擦阻力系数 λ 与空气在风管内的流动状态细风管内壁的粗糙度有关。 R m v2 D 2 计算摩擦阻力系 数的公式很多，美国、日本、 德国的一些暖通手册和我国通用通风管道计算表中所采用的公 式以下 12 lg mm ； K 3.7D 2.51 Re 5 7 式中K 风管内壁粗糙度， Re 雷诺数。 Re vd 58 式中υ风管内空气流速， d风管内径， m ； m ／ s ； ν运动黏度，m 2／ s 。 在实质应用中，为了防备烦杂的计算，可制成各种形式的计算表或线解图。图5 2是 计算圆形钢板风管的线解图。它是在气体压力B＝101． 3kPa、温度 t20℃、管壁粗糙度K ＝ 0．15mm等条件下得出的。经核算，按此图查得的Rm值与全国通用通风管道计算表 查得的 λ／ d值算出的 Rm值基本一致，其误差已可满足工程设计的需要。只要已知风量、 管径、流速、单位摩擦阻力4 个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余两个参数，计算 很方便。 1 / 12 完满版管道阻力的基本计算方法 图 5 2圆形钢板风管计算线解图 [ 例 ] 有一个 10m长薄钢板风管，已知风量L ＝ 2400m 3／ h，流速 υ＝ 16m ／ s ，管壁粗 糙度 K ＝ 0． 15mm ，求该风管直径d 及风管摩擦阻力R 。 解利用线解图5 2，在纵坐标上找到风量L ＝ 2400m 3／h，从这点向右做垂线，与流 速 υ＝ 16m ／s 的斜线订交于一点，在经过该点表示风管直径的斜线上读得 过该点做垂直于横坐标的垂线，在与表示单位摩擦阻力的横坐标交点上直接读得 d＝230mm。再 Rm＝ 13． 5Pa／m 。 该段风管摩擦阻力为 R ＝ Rml＝ 13． 5 10Pa＝ 135Pa 无论是依照 全国通用通风管道计算表 ，还是按图 5 2计算风管时， 如被输送空气的温 度不等于 20℃，而且相差较大时，则对付 R。值进行修正，修正公式以下 R m R m K t 5 9 在不同样温度下，实质的单位长度摩擦阻 式中 R m力，Pa ； Rm 按 20 ℃的计算表或线解图查得的单位摩擦阻力，Pa； Kt 摩擦阻力温度修正系数，如图 53 所示。 图 5 3摩擦阻力温度修正系数 钢板制的风管内壁粗糙度K 值一般为0． 15mm 。当实质使用的钢板制风管，其内壁粗 糙度 K值与制图表数值有较大出入时，由计算图表查得的单位摩擦阻力Rm值乘以表5 3 中相应的粗糙度修正系数。表中 υ 为风管内空气流速。 2 / 12 完满版管道阻力的基本计算方法 表 5 3管壁粗糙度修正系数 对于一般的通风除尘管道，粉尘对摩擦阻力的影响很小，比方含尘浓度为 所增大的摩擦阻力不高出 2％，所以一般情况下可忽略不计。 50g／ m 3 时， 二、局部阻力 各种通风管道要安装一些弯头、 三通等配件。 流体经过这类配件时， 由于边壁或流量的改 变，引起了流速的大小、方向或分布的变化，由此产生的能量损失，称为局部损失，也称 局部阻力。局部阻力主要可分为两类①流量不改变时产生的局部阻力，如空气经过弯头、 渐扩管、渐缩管等；②流量改变时所产生的局部阻力，如空气经过三通等。 局部阻力可按下式计算 2 Z 2 5 10 式中Z局部阻力，Pa ； ξ局部阻力系数，见表 υ空气流速，m ／ s ； 54； ρ空气密度，kg／ m 3 。 上式表示，局部阻力与其中流速的平方成正比。局部阻力系数平时都是经过实验确定的。 可以从有关采暖通风手册中查得。表5 4列出了部分管道部件的局部阻力系数值。在计算 通风管道时， 局部阻力的计算是特别重要的一部分。由于在大多数情况下，战胜局部阻力而 损失的能量要比战胜摩擦阻力而损失的能量大得多。 所以，在制作管件时， 如何采用措施减少局 部阻力是必定重视的问题。 3 / 12 完满版管道阻力的基本计算方法 表 5 4常有管件局部阻力系数 4 / 12 完满版管道阻力的基本计算方法 5 / 12 完满版管道阻力的基本计算方法 6 / 12 完满版管道阻力的基本计算方法 7 / 12 完满版管道阻力的基本计算方法 8 / 12 完满版管道阻力的基本计算方法 9 / 12 完满版管道阻力的基本计算方法 下面经过解析几种常有管件产生局部阻力的原因，提出减 少局部阻力的方法。 1．三通 图 54 为一合流三通中气流的流动情况。流速不同样的1、2 两股气流在会合时发生碰撞， 以及气流速度改变时形成涡流是产生局部阻力的原因。三通局部阻力的大小与分支管中心夹 角、三通断面形状、支管与总管的面积比和流量比即流速比 有关。 图 5 4 合流三通中气流流动状态 30。只有为了减少三通局部阻力，分支管中心夹角。应该获取小一些，一般不高出 在安装条件限制或为了平衡阻力的情况下，才用较大的夹角，但在任何情况下，都不宜做成 垂直的“ T”形三通。为了防备出现引射现象，应尽可能使总管和分支管的气流速度相等， 即按 υ 3 12312 来确定总管和分支管的断面积。这样，风管断面积的关系为 ＝υυF＝ F F。 2．弯头 当气流流过弯头时 见图 5 5 ，由于气流与管壁的冲击， 产生了涡流区Ⅰ； 又由于气流的惯 性，使界线层走开内壁，产生了涡流区Ⅱ。两个涡流区的存在，使管道中心处的气流速 度要比管壁周边大， 所以产生了旋转气流。 涡流区的产生平和流的旋转都是造成局部阻力的 原因。 图 5 5弯头中气流流动情况 实考据明， 增大曲率半径可以使弯头内的涡流区和旋转运动减弱。但是弯头的曲率半径 也不宜太大，省得占用的空间过大，一般取曲率半径R 等于弯头直径的1～ 2倍。在任何情 况下，都不宜采用90的“Г”形直角弯头。 3．渐缩或渐扩管 渐缩或渐扩管的局部阻力是由于气流流经管件时，断面和流速发生变化，赌气流走开管 壁，形成涡流区而造成的。图5 6是渐扩管中气流的流动情况， 10 / 12 完满版管道阻力的基本计算方法 图 5 6渐扩管中气流流动情况 实考据明， 渐缩或渐扩