管道阻力的基本计算方法.doc

管道阻力计算
 
　　空气在风管内流动阻力有两种形式：一是因为空气本身黏滞性和空气和管壁间摩擦所产生阻力称为摩擦阻力；另一是空气流经管道中管件时(如三通、弯头等)，流速大小和方向发生改变，由此产生局部涡流所引发阻力，称为局部阻力。
 
　　一、摩擦阻力
　　依据流体力学原理，空气在管道内流动时，单位长度管道摩擦阻力按下式计算：
　　　　　(5—3)
式中 Rm——单位长度摩擦阻力，Pa／m；
　　 υ——风管内空气平均流速，m／s；
　　 ρ——空气密度，kg／m3；
　　 λ——摩擦阻力系数；
　　 Rs——风管水力半径，m。
　　对圆形风管：
　　　　　　　　　(5—4)
式中 D——风管直径，m。
　　对矩形风管
　　　　　　　(5—5)
式中 a，b——矩形风管边长，m。
　　所以，圆形风管单位长度摩擦阻力
　　　　　　　(5—6)
　　摩擦阻力系数λ和空气在风管内流动状态和风管内壁粗糙度相关。计算摩擦阻力系数公式很多，美国、日本、德国部分暖通手册和中国通用通风管道计算表中所采取公式以下：
　　(5—7)
式中 K——风管内壁粗糙度，mm；
　　 Re——雷诺数。
　　　　　　　(5—8)
式中 υ——风管内空气流速，m／s；
　　 d——风管内径，m；
　　 ν——运动黏度，m2／s。
　　在实际应用中，为了避免烦琐计算，可制成多种形式计算表或线解图。图5—2是计算圆形钢板风管线解图。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。经核实，按此图查得Rm值和《全国通用通风管道计算表》查得λ／d值算出Rm值基础一致，其误差已可满足工程设计需要。只要已知风量、管径、流速、单位摩擦阻力4个参数中任意两个，即可利用该图求得其它两个参数，计算很方便。
 
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＝2400m3／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＝2400m3／h，从这点向右做垂线，和流速υ＝16m／s斜线相交于一点，在经过该点表示风管直径斜线上读得d＝230mm。再过该点做垂直于横坐标垂线，在和表示单位摩擦阻力横坐标交点上直接读得Rm＝13．5Pa／m。
　　该段风管摩擦阻力为：
R＝Rml＝13．5×10Pa＝135Pa
　　不管是根据《全国通用通风管道计算表》，还是按图5—2计算风管时，如被输送空气温度不等于20℃，而且相差较大时，则应对R。值进行修正，修正公式以下：
　　　　 (5—9)
式中 ——在不一样温度下，实际单位长度摩擦阻力，Pa；
　　 Rm——按20℃计算表或线解图查得单位摩擦阻力，Pa；
　　 Kt——摩擦阻力温度修正系数，图5—3所表示。
 
 
图5—3 摩擦阻力温度修正系数
 
　　钢板制风管内壁粗糙度K值通常为0．15mm。当实际使用钢板制风管，其内壁粗糙度K值和制图表数值有较大出入时，由计算图表查得单位摩擦阻力Rm值乘以表5—3中对应粗糙度修正系数。表中υ为风管内空气流速。
 
表5—3 管壁粗糙度修正系数
 
　　对于通常通风除尘管道，粉尘对摩擦阻力影响很小，比如含尘浓度为50g／m3时，所增大摩擦阻力不超出
2％，所以通常情况下可忽略不计。
 
　　二、局部阻力
　　多种通风管道要安装部分弯头、三通等配件。流体经过这类配件时，因为边壁或流量改变，引发了流速大小、方向或分布改变，由此产生能量损失，称为局部损失，也称局部阻力。局部阻力关键可分为两类：①流量不改变时产生局部阻力，如空气经过弯头、渐扩管、渐缩管等；②流量改变时所产生局部阻力，如空气经过三通等。
　　局部阻力可按下式计算：
　　　　(5—10)
式中 Z——局部阻力，Pa；
　　 ξ——局部阻力系数，见表5—4；
　　 υ——空气流速，m／s；
　　 ρ—空气密度，kg／m3。
　　上式表明，局部阻力和其中流速平方成正比。局部阻力系数通常全部是经过试验确定。能够从相关采暖通风手册中查得。表5—4列出了部分管道部件局部阻力系数值。在计算通风管道时，局部阻力计算是很关键一部分。因为在大多数情况下，克服局部阻力而损失能量要比克服摩擦阻力而损失能量大得多。所以，在制作管件时，怎样采取方法降低局部阻力是必需重视问题。
 
表5—4 常见管件局部阻力系数