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 2(ab) (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 (5—8) 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 t=20℃、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 5—3 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 ； 5—4； 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 5—4 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： ＝υ=υF＝ 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