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采暖通风
第十章采暖通风实验
实验一风管内风压、风速和风量的测定
一、实验目的：
掌握风管断面上平均风速的测定方法，及其所使用的仪器。
二、风管内风压和风速的测定
欲测通风管边断面上某点的气流速度，大多数情况下，需测出管边断面上该点气流的动压大小。
测压时将测压管置于气流中，测压管承受该点的压力作用，并将压力传至微压计，即可量出：
某点气流的全压=静压+动压…………………………………〔1〕
动压Pa
如果能量测出某点气流的全压和静压，则可知动压，经过计算即可求出该点气流的速度V。
三、所用仪器构造及使用方法
（一）测压管（毕托管）
构造：
如图10-1所示。
由一前端为流线型的半圆柱头套管a和管b组成，管头上有一小孔k和a管相联通。
在外套管b上距离管头3d处有数个小孔c与管b相联通。
a、b两管分别与微压计多向阀接头相接。
将皮托管插入风道，管头和气流方向平行，而端孔K迎着气流的方向，如图10-2所示，在通K孔的管接头反应出气流的全压，在通c孔的管接头b反应出静压力，通过微压计量出二者之压力差即是动压Pd。
由公式可知
式中：
V——某点空气的速度m/s；
ρ——空气密度Kg/m3；
Pd——测点气流动压N/m2（Pa）；
——校正系数，考虑到毕托管头部结构特点，制造加工情况，利用校准仪器的方法求得，一般情况下=1。
图10-1图10-2
使用时必须严格要求，管头和气流方向平行，否则将会产生很大的误差。
（二）微压计
1、补偿式微压计（ACKAHNR）
此种微压计多用于校正其它微压计用，其精度很高，一般误差不超过0.02~0.04（mm水柱）即0.196~0.392Pa,其构造及使用方法待上实验课时,再简单介绍。
2、倾斜式微压计
y—61倾斜式微压计（如图10-4）为一般通风工程最常用的测定压力的仪器。
它由一个杯
形的容器和一个与它相连的可以调节成不同角度的玻璃管组成。
其工作原理如图10-3所示：
当微压计两端承受压强差，即P1大于P2时，倾斜玻璃管内液体在垂直方向上升h1高度，而大容器液面下降h2,这时仪器内液面的高度差就等于h1加h2，而h1=l·sinα，又根据倾斜管内所增加的液体体积l·f1等于大容器内所减少的液体体积h2·f2,由此知
式中：
ρ——微压计液体密度，t·m-3;一般ρ=0.81
g——重力加速度m·s-2;
l——倾斜管测压后的终读数mm
l0——倾斜管测压前的初读数mm
k——仪器常数k=ρ（sinα+）
f1——倾斜玻璃管的断面积，m2;
f0——杯形容器的断面积，m2;
图10-3微压计原理示意图
图10-4y-61斜微压计
1、测量管及标尺（玻璃管及标尺）2、酒精容器（杯形容器）
3、多向阀4、零点微调整器
5、底板6、水平指示器
7、支架8、定位螺丝
图4为y-61斜微压计的构造图，它所使用的工作液体密度为0.81t·m–3;仪器常数k值有0.2;0.3;0.4;0.6;0.8;五种，倾斜玻璃管全长250mm。
最大量程为1960（Pa）。
测压强时使用步骤如下：
图10-5多向阀的通道结构
（1）旋动仪器底盘上的定位螺丝8，调节仪器于水平位置。
（2）把倾斜玻璃管放在K=0.8的位置处，进行漏气实验。
漏气实验一般可将橡皮管接至多向阀“+”接头处，并用口吹气，使液柱升高至较高位置，然后迅速将橡皮管封住。
在一段时间内如液面稳定不动，即可认为不漏气。
（3）检查微压计玻璃管是否有气泡，当有气泡时轻轻的用口吸多向阀“一”接头，即可消除气泡，但要注意不要把酒精吸入与玻璃管相接的橡皮管内。
（4）初估量测压的范围，把倾斜玻璃管固定于弧形支架的某一适当位置，并记下所在位置的仪器常数K。
（5）把工作液面调整到零刻度位置。
其方法是将多向阀柄拨在“校准”位置，旋动零位调整螺丝“4”将测量管内的液面调整到零点（或某一整刻度值，并记下初读数1。
）
（6）连接测压管进行测量。
把多向阀的阀柄拨在“测压”处。
测正压时，将毕托管用橡皮管接多向阀的“+”压接头上；测负压时毕托管用的橡皮管接多向阀的“-”压接头上；如果测压强差时，应该将测压管中压强高的接多向阀的“+”压接头，压强低的接至“-”接头上。
（7）读数应在液面波动稳定时进行，如液面波动较大，则应按其平均位置记取读数，将测量管上的读数（即终读数——初读数）记下，然后按公式（3）即可计算出实际压强值。
四、平均风速的测定
（一）实验原理：
空气在风管中流动时，有两种不同的流动状态，分层流和紊流。
在层流状态下，风管断面上空气的速度分布图为抛物线形，管道的轴心速度最大，紊流状态下速度分布是截抛物线形（图10-6）在这种情况下，管壁处总有一层介质呈层流状态运动，而其它部分为紊流核心，紊流状态的最大速度，亦在风管的轴心线上。
不过它和同一断面上其它各点的速度相差不大。
采暖通风设备中通常遇到的多为紊流。
图10-6
在实际工程中，经常需要的不是任意点速度，而是风管断面上的平均速度值。
式中：
Vc——风管断面上的平均速度m/s；
L——单位时间通过管道断面的气体流量m3/s；
V——通过df面积上的流速m/s；
df——管道横截面上，划分的微小断面积m2；
公式中的积分值，可用实验方法求得，用以计算平均速度。
用实验方法确定该值时，需将风管横断面分成数个小面积（△f），并测出每一个小面积中心速度（用该点速度代表小面积上的平均速度），然后用下式求风管断面上的平均速度
如果将风管分成几个相等的面积（△f）则f=n·△f。
因而
若测得每一小面积中心动压Pd值后，根据公式
（2）即可求出V1，V2，………Vn的速度值（代表小面积上的平均速度）
（二）各风管断面上平均速度的测定方法：
1、圆形断面风管
风管断面为圆形时，可将该断面分成很多面积相等的同心圆环，圆环的数目按风管直径选取。
风管直径D（mm）
≤300
300~500
500~800
800~1100
>1100
划分环数n
2
4
5
5
6
取各环面积中心距为Ri，可按下式来确定（同心环上各测点到圆中心的距离）
式中：
R0——风管半径，mm；
Ri——风管中心到第i环的中心距，mm；
i——从风管中心算起的同心环顺序号，中心圆编号，i=1
n——风管断面划分同心圆环的数目。
空气流动速度，在各环面积中心测量，通常每环测四点，应在互相垂直的直径上。
如图10-7测得各点Pd值后，即可按公式
（2）求出各相应点的速度值，而风管断面上的平均速度可用公式（6）求出。
例如，风管直径为500毫米时，可以分成4个等面积的同心环。
见图10-7，各测定点离开圆中心距离如下，按（7）式计算（n=4）
图10-7图10-8
2、矩形风管断面的划分法。
将矩形断面划分成若干个相等的小面积并尽可能地使它们接近正方形（见图10-8）每一小块面积，不应超过0.05米2。
测得各面积中心的动压值后，即可用公式
（2）求出各相应点的速度值，风管断面上的平均速度值，即可按公式（6）算出。
五、风管内风量的计算
式中：
VC——测定风管断面上的平均速度值m/s;
F——测定风管断面面积m2；
L——测定风管的风量m3/s；
六、实验程序
1、熟悉该实验的实验设备。
检查测压管插入风管内部的几个面积中心点的位置。
记下仪器编号及其特性。
2、用橡皮管把皮托管和微压计连接起来。
3、利用校准水平用的螺旋，将微压计的水平校准。
记下微压计开始时玻璃管的初读数（l0）和微压计的仪器因素K。
4、检查各连接处的密封情况，以及微压计玻璃管中是否有气泡等。
测量时必须使各接头处完全密封，不允许将微压计管中的液体进入橡皮管，在读值时，如发现微压计管中酒精液面在跳动时，读数应取其平均值。
5、把通风机的阀门调整到一定的位置，使通风装置在某确定工况下工作，在已拟定的测点测量风管的动压Pd，将结果记入本实验指导书末的附表中。
6、同一工况下测定三次，并计算其误差
第一次测定的断面平均风速VC1
第二次测定的断面平均风速VC2
第三次测定的断面平均风速VC3
三次平均值
第一次绝对误差△V1=VC1-VC
第二次绝对误差△V2=VC2-VC
第三次绝对误差△V3=VC3-VC
相对误差
仪器型号：
表10-1实验数据记录及计算表：
（酒精密度，0.81吨/米3）
测点编号及
位
置
微压计初读数l0
微压计终读数l
读值差△l
仪器常数
k=（sinα+）ρ
动压值（Pa）Pd=△ρ·g·k
点速度
m/s
平均速度
VCm/s
垂直方向
4
3
2
1
1＇
2＇
3＇
4＇
水平方向
4
3
2
1
1＇
2＇
3＇
4＇
根据上表格式自行拟定测定三次的记录格式：
同组同学名单：
思考题：
1、怎样将测压管与皮托管连接起来，才能测出全压、静压及动压，在正压区及负压区测量，其连接方法，各有什么不同？
2、试说明微压计工作液体为酒精时（ρ=0.81吨/米3）所用微压计的测风速范围多大？
3、用U形管测量气流的压差与用微压计测得的结果，哪个准确？
为什么？
4、用微压计测量气流的压力差的精度和哪些因素有关？
实验二伞形排气罩性能实验
一、实验目的：
1、了解和掌握伞形排气罩的流量，阻力的测量方法，并采用几种方法对测试的结果进行比较。
2、熟悉和掌握本实验所用仪器的原理及使用方法。
二、实验装置：
图10-9实验装置图
三、测试内容：
（一）测定伞形排气罩阻力及排气罩的局部阻力系数。
（二）测定伞形排气罩的排风量。
1、用动压法测定排气罩流量，即测出Ⅱ—Ⅱ断面上各测点动压Pd后计算平均风速，算出风量。
2、用静压法测量排气罩的风量，即测出Ⅰ—Ⅰ断面上静压，计算出平均风速及排风量。
3、用热电风速仪测定出伞形排气罩罩面上的平均风速，然后计算排风量。
4、用热电风速仪测定伞形排气罩沿轴心线上的速度降Vx，计算出排气罩的风量。
四、实验原理：
根据流体力学写0—0和1—1断面的气体能量方程式
Pq0=Pq1+△Pq
O=Pj1+Pd1+△Pq
△Pq=－（Pj1+Pd1）
△Pq=－Pq1…………………
（1）
又知△Pq=－（Pj1+Pd1）=ζ·
=ζ·Pd1…………………
（2）
式中：
Pq0——罩口处0—0断面上的全压，Pa；
Pq1——1—1断面上的全压，Pa；
Pj1——1—1断面上的静压，Pa；
Pd1——1—1断面上的动压，Pa；
△Pq——排气罩阻力损失，Pa；
ζ——排气罩局部阻力系数。
1、用静压法测流量
根据
（2）式得
μ——局部排气罩的流量系数；
排气量m3/s
m3/s
式中：
F——断面1—1管道面积
μ——局部排气罩流量系数从上式得
Pj1——1—1断面上的静压,Pa。
2、用动压法测风量
离开伞形罩（局部构件）5—7d的距离在Ⅱ—Ⅱ断面处，用皮托管测量动压，测出平均速度VC
风量L=VC·F
式中：
VC——Ⅱ—Ⅱ断面三个测点的平均速度m/s;
F——Ⅱ—Ⅱ管道断面面积。
m2;
3、用热电风速仪测伞形罩断面上的平均速度，计算风量。
图10-10
（1）将伞形罩面，分成n个相等面积m2;（每一小面积≯0.05m2）
（2）测出每一小块面积中心点风速V1,V2………Vn;
（3）
计算罩面上的平均风速VC
用热电风速仪测出的风速读值需修正，方能进行计算。
（4）伞形罩排风量
L=VC·F=VC·a·bm3/s
式中：
VC——伞形罩口的平均风速m/s；
F——伞形罩口的面积F=a×b,m2;
4、根据前面无障碍的外部吸气罩排气原理计算
图10-11
（1）沿伞形罩轴心线距罩口100mm;200mm;300mm；处分别测出各点上的Vx1,Vx2,Vx3。
（2）
根据Vx求出罩口平均速度VC
（3）排气罩风量L
L=VC·a·bm3/s;
式中：
VC——罩口的平均速度（按控制点Vx计算得）
Vx——轴心线上点速度（距罩口为X处）
X——分别距罩口100mm;200mm;300mm；的控制距离；
F——排气罩口面积F=a×bm2。
五、实验表格、记录整理
1、用热电风速仪测定伞形排气罩口风速的记录表格
表10-2
速度读值
修正值
实际风速m/s
V1
V2
…
平均值VC
2、根据伞形罩前面无障碍的外部吸气罩理论计算平均风速的记录表格
表10-3
距罩口轴心距离
轴心速度Vx
计算得罩口平均速度
100mm
Vx1
Vc1
200mm
Vx2
Vc2
300mm
Vx3
Vc3
速度平均值
Vc
3、用静压及动压法测试的记录表格
表10-4
测
定
断
面
测
定
项
目
测
定
编
号
微压计
初
读
值
ρ1
终
读
值
ρ2
读
数
差
△ρ
仪器常数K＇
全
压
Pg
动
压
Pd
静
压
Pj
平
均
值
P=△ρ·g·k（Pa）
Ⅰ-Ⅰ断面
动
压
1
2
3
静
压
1
2
3
Ⅱ-Ⅱ 断面
动
压
1
2
3
附注：
1、本实验伞形罩阻力损失小，故Ⅰ-Ⅰ断面处的全压不易测得准确，可用该断面的动压与静压之和求得全压。
2、Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ断面上的静压孔与皮托管测量孔很近，故可近似看作是同一断面。
六、思考题：
1、用哪一种方法测得的流量比较准确，为什么？
2、实验中存在那些问题，怎样改进？
实验三旋风除尘器性能实验
一、测定的目的和意义
通过实验初步了解和掌握旋风除尘器性能测定的项目和测试方法，并且对旋风除尘器的主要性能，进口风速与除尘器阻力、效率、分级效率以及进口浓度对除尘效率影响之间的关系。
通过对分级效率的测试与计算，进一步了解粉尘粒径大小等因素对旋风除尘器效率的影响并熟悉除尘器的应用条件。
二、实验装置简图
图10-12实验装置示意图
三、旋风除尘器测定项目和计算
（一）气象参数测定：
1、吹尘机，2、加灰斗，3、、电磁震荡器（220V），4、取样管（弯管式），
4、锥形滤膜采样器，6、浮子流量计，7、电动抽气机，8、除尘器，
9、微压计（测除尘器阻力用），10、弯管流量计，11、微压计（测弯管压差，即测系统的风量用），12、实验系统用风机，13、插板阀（调节风量及启动用），14、电机，
15、温度计，16，U形管（测流量计前压力用）。
气象参数测定包括空气的温度、密度、相对湿度和大气压力。
空气的温度和相对湿度用干湿球温度计测定，大气压力由大气压力计测定，干空气密度由下式计算：
式中：
ρ——空气密度，kg/m3
t——空气温度，℃
实验过程中，要求空气相对湿度不大于75％。
（二）除尘器处理风量测定和计算
由于在含尘浓度较高和气流不太稳定时，用毕托管测定风量有一定困难，故本实验采用如实验装置图10-12所示。
实验中采用了弯管这一典型局部构件测量风量。
当含尘气流通过弯管时，在惯性离心力作用下，在弯管的内侧及外侧，出现两个旋涡区，且外侧压强大于内侧压强，随着系统流量的变化，弯管内、外侧的压力差也随着变化，利用这一原理，事先就标定出压差与流量的关系，测定系统的流量。
除尘器处理风量：
式中：
F1——风管横截面积，m2
除尘器进口流速：
由于xzz型旋风除尘器进风口为渐缩形，进风口流速是指内进口处断面流速。
除尘器入口流速按下式计算：
式中：
F2——除尘器内进口面积，m2
（三）除尘器阻力测定和计算
除尘器阻力：
测定除尘器进出口的全压差，当除尘器进出口直径不变时，也可测其前后的静压差，即为除尘器阻力，如实验装置图
（1）中A及B点的静压差。
△P=PA—PBPa；
式中：
△P——除尘器阻力，Pa；
PA——除尘器进口处静压，Pa；
PB——除尘器出口处静压，Pa；
将△P换算成标准状态下的阻力△PN：
（P=101325Pa，t=0℃）
式中：
TN和T——标准和试验状态下的空气温度，K；
PN和P——标准和试验状态下的空气压力，Pa。
除尘器阻力系数按下式计算：
式中：
ζ——除尘器阻力系数；
△PN——除尘器阻力，Pa；
Pd——除尘器内进口截面处动压，Pa。
（四）除尘器进出口浓度计算
式中：
Cj、Cx——除尘器进口与出口的气体含尘浓度，g/m3;
Gj6、Gs——进尘量和出尘量，kg;
Lj、Lx——除尘器进口与出口空气量，m3/h；
τ——发尘时间，min。
除尘器进、出口的气体含尘浓度也可用“JYP型静压平衡烟尘浓度测定仪”进行测定。
用它测定时，可将测定数据记录在表5-2中。
（五）除尘效率计算
（1）重量法：
式中：
η——除尘效率，％；
Gs——试验粉尘收尘量，kg；
Gz——试验粉尘进尘量，kg；
（2）浓度法：
当系统中漏风率小于3％时，可认为Lj≈Lx，上式可化简为：
（六）粉尘分散度测定
粉尘分散度可根据除尘机理采用离心沉降法、移液管法，记数法等进行测定，并可选用YFG粒度分析仪、库尔特（Coulter）计数仪、KF—9型颗粒分析计数器等仪器。
对于旋风除尘器，本实验采用Bahco法。
详见“粉尘质量分散度测定”。
测定结果用对数概率坐标纸或罗辛—拉姆勒（Rosin-ammler）坐标纸作出粒度质量分布图，找出质量中粒径dc50和几何偏差σg。
σg按下式计算：
式中：
dc50——粉尘质量中粒径，μm；
dc34.1——粉尘上质量累积百分率为84.1％时对应的粒径，μm；
dc15.9——粉尘上质量累积百分率为15.9％时对应的粒径，μm。
（七）粉尘频率密度计算
一般采用对数概率分布和罗辛—拉姆勒两种方法。
按对数概率分布计算频率密度：
式中：
f——粉尘粒径的频率密度，％
σ——几何偏差的常用对数；
σ=lgσg
dc——粉尘粒径,μm；
dc50——粉尘质量中粒径，μm；
e——自然对数的底。
按罗辛—拉姆勒计算频率密度：
式中：
f——粉尘粒径的频率密度，％；
n——分布指数；
d’c——筛上累计百分数36.8％为时对应的粉尘粒径，μm；
dc——粉尘粒径，μm。
（八）分级效率计算
式中：
ηi——粉尘某一粒级的分级效率，％；
fs——收尘粉尘某一粒级的频率密度，％；
fi——发尘粉尘某一粒级的频率密度，％；
η——除尘效率，％。
（九）除尘器动力消耗计算
N=2.78×10-4·△PN·L+△NKW（16）
式中：
N——动力消耗，KW；
△PN——除尘器阻力，Kpa；
L——除尘器进口的气体流量，m3/h;
△N——辅助设备动力消耗，KW。
（十）除尘器负荷适应系数计算
负荷适应系数分高负荷和低负荷两种：
式中：
εg、εd——高负荷和低负荷适应系数；
η——额定风量下的除尘效率，％；
ηg——风量为额定风量的1.1倍时的除尘效率，％；
ηd——风量为额定风量的0.7倍时的除尘效率，％。
将表10-5和图10-14中的数据表达成下列图式（见图10-13）。
技术性能
主要性能曲线（冷态）△P—v、ηl—d、η—c。
该性能曲线是在下列测试条件下测出：
试验用除尘器规格——XZZ—Ⅲ型D=mm
试验粉尘——医用滑石粉（dc50=微米，σ=）
试验环境——气温t=℃、相对湿度=％、空气密度ρ=kg/m3。
图10-13旋风除尘器性能曲线
对数机率纸
粒径（μm）
图10-14
测定日期：
………………………
测试人员：
………………………
除尘器型号：
………………………
旋风除尘器性能测定记录表表10-5
测定数据
备注
收
尘
量
Gs
kg
进
尘
量
Gi
kg
进
尘
时
间
τ
min
除尘器后静压
计算值
Pj2=p〃j2·k·g
Pa
读数值
（K=p〃j2）
mmH2o
集流器静压
计算值
Pj1=P〃j1·k·g
Pa
读数值
（K=p〃j1）
mmH2o
空
气
密
度
ρ
Kg/m3m,
大
气
压
力
B
kPa
相
对
湿
度
φ
％
湿
球
温
度
ts
℃
干
球
温
度
tg
℃
工
况
点
1
2
3
4
5
表10-5
表中：
计算数据
除尘器
效率（重量法）η
％
负荷
适应
系数
ε
动力
消耗
N
KW
除尘器
阻力
系数
ξ
除尘器
进口
动压
Pd
Pa
除尘器
阻力
△P
Pa
除尘器进口流速V2
m/s
除尘器处理风量
L标
L
管
内
流
速
V1
m/s
工
况
点
1
2
3
4
5
升级会员 