第11章风管设计.docx
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第11章风管设计
11章风管设计
11.2风管的沿程压力损失
11.2.1 沿程压力损失的基本计算公式
1. 风量
（1）通过圆形风管的风量
通过圆形风管的风量L（）按下式计算：
（11.2-1）
式中d——风管内径，；
V——管内风速，。
（2）通过矩形风管的风量
通过矩形风管的风量L（）按下式计算：
（11.2-2）
式中 a，b——风管断面的净宽和净高，。
2.风管沿程压力损失
风管沿程摩擦损失（），可按下式计算：
（11.2-3）
式中 ——单位管长沿程摩擦阻力，；
——风管长度，。
3.单位管长沿程摩擦阻力
单位管长沿程摩擦阻力，可按下式计算：
（11.2-4）
式中λ——摩擦阻力系数；
——空气密度，；
——风管当量直径，；
对于圆形风管：
对于非圆形风管：
（11.2-5）
例如，对于矩形风管：
对于扁圆风管：
F——风管的净断面积，；
P——风管断面的湿周，；
a——矩形风管的一边，；
b——矩形风管的另一边，；
A——扁圆风管的短轴，；
B——扁圆风管的长轴，。
4.摩擦阻力系数
摩擦阻力系数λ，可按下式计算：
（11.2-6）
式中 ——风管内壁的绝对粗糙度，；
——雷诺数：
（11.2-7）
ν——运动粘度，/s。
11.2.2 沿程压力损失的计算
风管沿程压力损失的确定，有两种方法可以选择。
第一，按上述诸公式直接进行计算；第二，查表计算：
可以按规定的制表条件事先算就单位管长沿程摩擦阻力∆/（），并编成表格供随时查用，当已知风管的计算长度为时，即可使用式（11.2-3）算出该段风管的沿程压力损失∆（）了。
下面仅介绍与计算表有关的内容。
1.制表条件
（1）风管断面尺寸
风管规格取自国家标准《通风与空调工程施工质量验收规范》（GB 50243） 。
（2）空气参数
设空气处于标准状态，即大气压力为101.325kPa，温度为20℃，密度，运动粘度。
（3）风管内壁的绝对粗糙度
以作为钢板风管内壁绝对粗糙度的标准。
其他风管的内壁绝对粗糙度见表11.2-1.
绝对粗糙度K
（mm）
0.03
0.09
0.15
0.90
3.00
粗糙等级
光滑
中等光滑
一般
中等粗糙
粗糙
典型风管材料及构造
洁净的无涂层碳钢板；PVC塑料；铝
镀锌钢板纵向咬口，管段长1200mm
镀锌钢板纵向咬口，管段长760mm
短信钢板螺旋咬口；玻璃钢风管
内表面喷涂的玻璃钢风管；金属软管；混凝土
2.单位长度沿程压力损失的标准计算表
（1）钢板圆形风管单位长度沿程压力损失计算
钢板圆形风管单位长度摩擦阻力，可直接查表11.2-2。
注：
除尘风管单位长度沿程压力损失计算表见第9章。
（2）钢板矩形风管单位长度沿程压力损失计算
钢板矩形风管单位长度摩擦阻力，可直接查表11.2-3。
除尘风管单位长度沿程压力损失计算，可查第9章表9.4-17“除尘风管计算表”。
3.标准计算表的套用
（1）异形断面风管的套用
非标准断面的金属风管，使用标准计算表的步骤如下：
1）算出风管的净断面积F（）；
2）根据风管的净断面积F和风管的计算风量，算出风速V（）；
3）按公式（11.2-5）求出风管当量直径（）；
4）最后，根据风速V和当量直径查圆形风管标准计算表，得出该非标准断面风管的单位长度摩擦阻力。
（2）绝对粗糙度的修正
对于内壁的当量绝对粗糙度的风管，其单位长度摩擦阻力值，可以先查风管标准计算表，之后乘以表11.2-4给出的修正系数。
风速（）
下列绝对粗糙度（）时的修正系数
0.03
0.09
0.15
0.90
3.00
2
0.95
1
1
1.20
1.50
3
0.95
1.25
1.60
4
0.90
1.30
1.70
5~7
1.35
1.80
8~12
0.85
1.40
1.85
13
1.45
1.90
14~16
0.80
0.90
1.95
（3）空气状态的修正
当风管内的空气处于非标准状态时，风管单位长度摩擦阻力实际值的确定方法是：
先由计算表查出的风管单位长度摩擦阻力的标准值，然后再乘以的修正系数，其中为实际状态下的空气密度，可近似按下式确定：
（11.2-8）
式中 ——实际大气压，kPa；
t——风管内的空气温度，℃。
4沿程压力损失的简化计算
在使用手算法或者使用Excel电子表格计算风管的沿程压力损失时，由于摩擦阻力系数计算式（11.2-6）是超越方程，只能通过迭代运算近似求解，很不方便，此时可考虑使用能够直接求解的简化计算公式。
下列近似公示适用于内壁绝对粗糙度为的钢板风管：
（11.2-9）
∆ （11.2-10）
对于内壁绝对粗糙度的风管，其单位长度摩擦阻力值，应先按式（11.2-10）进行计算，之后再根据该风管的实际粗糙度乘以表11.2-4给出的修正系数。
11.3风管的局部压力损失
11.3.1局部压力损失
当空气流经风管系统的配件及设备时，由于气流流动方向的改变，流过断面的变化和流量的变化而出现涡流时产生了局部阻力，为克服局部阻力而引起的能量损失，成为局部阻力损失∆（），并按下式计算：
∆ （11.3-1）
式中 ——局部阻力系数；
V——风管内部局部压力损失发生处的空气流速，；
——空气密度，。
通风、空调风管系统中产生局部阻力的配件，主要包括空气进口、弯管、变径管、三（四）通管、风量调节阀和空气出口等。
大多数配件的局部阻力系数值是通过实验确定的。
选用局部阻力系数计算局部压力损失时，必须采用实验时所对应的流速和动压（）。
需要说明的是，局部压力损失沿着风管长度上产生，不能将它从摩擦损失中分离出来。
为了简化计算，假定局部压力损失集中在配件的一个断面上，不考虑摩擦损失。
只有对长度相当长的配件才必须考虑摩擦损失。
通常，利用在丈量风管长度时从一个配件的中心线量到下一个配件的中心线的办法，来计算配件的摩擦损失。
对于那些靠得很近的（间距小于6倍水力直径）成对配件，进入后面一个配件的气流流型与用来确定局部压力损失的气流流型的条件有所不同。
出现这种情况时，就无法利用这个阻力系数数据。
11.3.2局部阻力系数
通风空调风管系统常用配件的局部阻力系数见表11.3-1.
对于进风口、弯管、变径管和出风口等配件的局部阻力系数，在计算局部压力损失时，应采用标有L/Fo或Vo箭头处断面的流速和相应的动压；对于断面面积不相等的配件，如果有需要，可利用以下公式将局部阻力系数从一个断面o换算成断面i：
（11.3-2）
式中 、——分别代表断面o和断面i的流速，。
对于合流三通和分流三通，在计算直通管（或旁通管）的局部压力损失时，均采用总管断面的流速和相应的动压。
直通管的局部阻力 ∆
旁通管的局部阻力 ∆
式中 、——分别代表直通管和旁通管的局部阻力系数；
——总管的流速，。
工程上为了计算方便，不用总管的流速和相应的动压，而是直接用直通管（或旁通管）的动压来计算局部阻力，因此，需要对直通管（或旁通管）的局部阻力系数按以下公式进行换算：
（11.3-3）
式中 ——相对于被计算断面的局部阻力系数；
——相对于总管动压的直通管局部阻力系数或旁通管局部阻力系数。
必须指出，在表11.3-1中，不论是合流三（四）通还是分流三（四）通，直通管或旁通管的局部阻力系数均按公式（11.3-3）进行过换算（除非表上另有说明），因此，在计算三（四）通直通管（或旁通管）的局部压力损失时，只需将直通管的（或旁通管的）乘以直通管的动压（或旁通管的动压）即可。
11.5风管的水力计算
11.5.1水力计算方法简述
目前，风管的水力计算方法有压损平均法、假定流速法、静压复得法和T计算法（T-Method）等几种。
1.压损平均法（又称等摩阻法）
是以单位长度风管具有相等的摩擦压力损失∆为前提的，其特点是，将已知总的作用压力按干管长度平均分配给每一管段，再根据每一管段的风量和分配到的作用压力，确定风管的尺寸，并结合各环路间压力损失的平衡进行调整，以保证各环路间的压力损失的差额小于设计规范的规定值。
这种方法对于系统所用的风机压头已定，或对分支管路进行压力损失平衡时，使用起来比较方便。
2.假定流速法
是以风管内空气流速作为控制指标，这个空气流速应按照噪声控制、风管本身的强度，并考虑运行费用等因素来进行设定。
根据风管的风量和选定的流速，确定风管的断面尺寸，进而计算压力损失，再按各环路的压力损失进行调整，以达到平衡。
按照设计规范的规定，对于并联环路压力损失的相对差额，不宜超过下列数值：
一般送、排风系统 15%
除尘系统 10%
3.静压复得法（参见11.6.3）
至于T计算法，是一种风管优化计算法，详见文献[4]。
对于低速机械送（排）风系统和空调风系统的水力计算，大多采用假定流速法和压损平均法；对于高速送风系统或变风量空调系统风管的水力计算宜采用静压复得法。
工程上为了计算方便，在将管段的沿程（摩擦）阻力损失∆和局部阻力损失∆这两项进行叠加时，可归纳为表11.5-1所列的3种方法。
将∆与∆进行叠加时所采用的计算方法 表11.5-1
计算方法名称
基本关系式
备注
单位管长度压力损失法（比摩阻法）
管段的全压损失
——管段全压损失，;
——单位管长沿程摩擦阻力，
用于通风、空调的送（回）风和排风系统的压力损失计算，是最常用的方法
当量长度法
风管配件的当量长度
管段的全压损失
常见用静压复得法计算高速风管或低速风管系统的压力损失。
提供各类常用风管配件的当量长度值
当量局部阻力法（动压法）
直管段的当量局部阻力系数
管段的全压损失
常见用于计算除尘风管系统的压力损失，计算表中给出长度时的和动压值
11.5.2通风、空调系统风管内的空气流速
1.一般工业建筑的机械通风系统风管内风速，按表11.5-2采用。
一般工业建筑机械通风系统风管内的风速（） 表11.5-2
风管类别
钢板及非金属风管
砖及混凝土风道
干管
6~14
4~12
支管
2~8
2~6
注：
本表引自《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50019-2003.
2通风、空调系统风管内的风速及通过部分部件时的迎面风速，按表11.5-3
采用。
通风空调系统风管内风速及通过部分部件时的迎面风速（） 表11.5-3
部位
推荐风速
最大风速
居住建筑
公共建筑
工业建筑
居住建筑
公共建筑
工业建筑
风机吸入口
3.5
4.0
5.0
4.5
5.0
7.0
风机出口
5.0~8.0
6.5~10.0
8.0~12.0
8.5
7.5~11.0
8.5~14.0
主风管
3.5~4.5
5.0~6.5
6.0~9.0
4.0~6.0
5.5~8.0
6.5~11.0
支风管
3.0
3.0~4.5
4.
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