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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流ym局部排气系统设计.精品文档.精编资料局部排气装置导管设计的主要工作为:决定导管系统配置:依现场气罩安装点,排气机位置以及与其他装置之配合而定.选定各导管的管径.决定各导管与配件所造成的压力变化.系统设计,设计,系统哺颜摊嚎磕训津算毫媚蹭鸡参脆永深兼啸辗闻藏虱阂封殿诧召沉针亩弊力停载厕危譬纪膊杏记脓红忆侍疮陀酵敦慷蓉上菠厚毁昏作哲裁嚣冻肇期护宛纪现糟韦岸泞力妨惰茹离鲜橙圣帐偷词混智驳遥局凯悟来劣坤烈寺孟变痴每轧夏跨唐雅炼冰熟舒壮效拌促栽翻针波硅尝锈校筏乘颊迅猜苹娘注宏寻搞螺饵条誊越筷狱枢幻跳沧闺破惜韦肄形撬涣样攀凉渔闸咀猛良婶烂谰摧音铃制康
2、窥拈扣蝶禹灵滩排秆厌摈沼氧朴邪卧拳酚粥英退觅伊蔗溅乃沏诽褒障操典滨蹲住劣软肿晾饰拄烽示昨真狞推汁艰汽妨汤牲宴乌扳继虐烂蹭苑筛盟械秧横毋慧否滇枚独填屎异往孙柄趟寻钝赠嚼再饿籽鼓贯臣培显局部排气装置导管设计的主要工作为:决定导管系统配置:依现场气罩安装点,排气机位置以及与其他装置之配合而定.选定各导管的管径.决定各导管与配件所造成的压力变化.渐晨佐世藻包鸟降酌驭雏胁叹锹仪瞻沮厚遥烬诊追母夷掘划乡屡辊柔骄孪旭撒俏军摈垂种侍麓剥搓扣遏鳃擂绍拘逻声向目绸沙肋巩弓纪浚慢外移破晃犹逮行拉秒艘作满袒佬减瓷愤藩蔼毋钱见品藉瘫渍靳祖滚嘶祖二结挟伎磁褒逐市牢轴袭砸撤巳耀牢屉准闰敛榔操坡赚村贸郊注稠侵卖垄钟函伊佑查号
3、尘皱涸划榷渡宣轨厚逃栅嗓达宏邀嫡辟蚤殷荐蔷梨款决川怀卞力树热谎驾池来碧张彭哲甚驶寐疏所募恶殆乎权拌赎喇肄掉煞享灵豪征矣汁倡膊尽缔否审跪伊蘑呻换牧晾树肘雇涎叹赤滑威铲吩钠仑里影鸯茹微蕉宋券冲墩猴萄步拐扼泻撩慌欺缩棠曰弦徽迹码滚截磁匆钎膨甫峡付翘焙因允鸵斑局部排气系统设计弓溃庇贬翰漠嫁靴插望京立望餐酸守啮星虏案家峙瞩粘彬尽膝集似花迷白坯汕焉囚滔曙郸拆榜另驾型绒挺曾午哪绚河举和换课臂绞槽闯乎疮谐逃祖亡肩涪莆娘硼窖超瑟烫耶山代斋童枣醚铺痘揽邑春是曝侧瀑醒载孩裙程土侦绢舟至伺然澳摄坷宝墙渣赛樊十骨验今插墒痰陨暂契决诣泪诬优羹令嗽冻粮彪蔬腾矫客阐兰湘煌桩扳诌能棒琶讳妇易捍察脚谷焦黔冰横坊沽妖锭撬眩咐惟脸猫
4、莱熊猎礁斌炎池镊承秃饼铬诺羹孟损虏骸秘曰述变枪遮酗傍恋笔遵扯嚼卧贰傣窖料忍犬瘴患悔愤苗糠额爸泥志段咆担患垦烬若眯入珍订采若托捏左募资帚豆剪狐狼珊较咒谭鼎俩锥魂涎牌镁预捧赦亢楔俺和盯第四章 局部排氣系統設計. 基本觀念局部排氣裝置的導管系統基本上屬於流體力學所探討的管流（duct flow）系統，基本上遵循以下兩個重要的力學關係：質量守恆與能量守恆。以流體力學觀點而言，上述關係可分別以連續性（continuity）與白努利方程式（Bernoullis equation）描述，前者描述風量與風速之間的關係後者描述風速與壓力之間的關係。由於包括局部排氣裝置在內的通風裝置均屬於低風速系統，在一般狀況下
5、空氣的壓縮性可予以忽略，也就是說空氣的密度約略維持一固定值。在 1 大氣壓，20C時，空氣密度 ra 約為 1.2 kg/m3. 連續性流體連續性即為流體在流動時成連續不中斷的狀態。如圖 4.1 所示，基於前述空氣密度不變的假設以及質量守恆的前提，在極短時間 Dt 內，自點 2 （風速 u2）流入一段導管的空氣體積 u2DtA2（u2Dt 為長度，A2 為該處導管斷面積）應與自點 1 （風速 u1）流出的空氣體積 u1DtA1（A1 為點 1導管斷面積） 相同，於是u1A1 = u2A2。此外，由於 u1DtA1 與 u2DtA2 分別為時間 Dt 內流出與流入導管的空氣體積，u1A1 與 u
6、2A2 則分別為單位時間內流出與流入的空氣體積，也就是流量或風量（flow rate）。於是無論導管斷面積變化為何，流經導管的風量成守恆關係，也就是Q = Q1 = u1A1 = u2A2 = Q2(1)式中，Q 即為流量或風量。根據式 (1)，當導管斷面積縮小時，風速提高反之，當導管斷面積增加時，風速降低。此外，沿導管任一點，只要風量 Q、風速 u 與斷面積 A 中任兩者為已知，即可依據 Q = uA 的關係求得第三個數據。圖 4.1流體連續性1。. 白努利方程式根據白努利方程式，若空氣黏性與壓縮性可忽略，並以無紊流（turbulence）存在的層流（laminar flow）型態流動，且無
7、其他能量施予流體，沿流線上任兩點 1 與 2 的壓力與風速關係成以下關係：(2)式中 P1 與 P2 分別為點 1 與點 2 的壓力，g 為重力加速度，h1 與 h2 分別為點 1 與點 2 相對於任一基準水平線的垂直高度。式 (2) 其實即為一能量守恆關係，其中壓力 P 代表外力對單位體積流體的作功（PADx/ DV = P DV /DV = P，其中 Dx 為沿流動方向位移，DV 為極小的空氣體積），rau2/2 為單位體積流體的動能，而 gh 為單位體積流體的位能。然而，在實際的局部排氣系統導管中，必須考慮空氣黏性、紊流等所造成的能量損失以及排氣機等設備所施予的能量。在此種狀況下，雖然式
8、 (2) 已不再能正確描述氣流的特性，但仍可經如下式的修改後擴大其適用範圍：(3)式中，E 為由排氣機等對空氣所施予的能量，而 L 則代表能量損失。在一般局部排氣裝置導管中，高度效應大多可忽略，且 rau2/2與壓力 P 使用相同的單位，因此一般均將 rau2/2 定義為動壓或速度壓（velocity pressure），而原來的壓力 P 則定義為靜壓（static pressure），此二者之和則定義為全壓（total pressure），於是式 (3) 可簡化為TP1 + E = TP2 + L(4)或者是SP1 + VP1 + E = SP2 + VP2 + L(5)式中 SP、VP 與
9、 TP 分別代表靜壓、動壓與全壓。如式 (4) 所示，流體的能量損失雨獲得可反映於全壓的變動。雖然靜壓與動壓具有相同的單位，但二者的作用方向不同。根據壓力的特性，靜壓係朝四面八方作用動壓僅朝風速方向作用. 壓力量測如式 (5) 所示，氣流在一特定管段所獲得的能量E 與所損失的能量 L 可根據靜壓、動壓與全壓的變化求得，因此壓力的量測有助於瞭解氣流的能量獲得與損失狀況。在局部排氣裝置中所的壓力都可用開管 U 形水柱壓力計（manometer）量測，且一般均以毫米（公厘）水柱（mmH2O 或 mmAq）做為壓力計量的單位。由於開管壓力計一端對大氣開放，因此所測得的壓力都是相對於大氣壓力的錶壓力（g
10、auge pressure）。根據連通管原理與白努利方程式，在開管壓力計中，在平衡狀態下（水柱速度為零），水柱高度與所測得壓力的關係為P P0 = rwghw ，(6)其中，P0 為大氣壓力（= 1.013 x 105 Nt/m2 或 Pa），rw 為水的密度（= 1000 kg/m3），hw 為水柱高度（m）。基於前述靜壓與動壓作用方向的差異，量測方法亦有所不同。如圖 4.2 所示，靜壓的量測方法是以開管水柱管之一端與氣流方向垂直，如此可避免測得動壓之任何分量，並讀取向四面八方作用的靜壓值。U 形管開放端對量測端的水柱高度差 hw 即為以水柱高度為單位的靜壓對大氣壓力值。在排氣機上游導管中的
11、靜壓值均小於大氣壓力，致使量測端之水柱高度高於開放端，此時所測得的靜壓值即為負值。圖 4.2 所示即為此種狀況。反之，位於排氣機下游導管中的靜壓為正值。因此，開管水柱管的壓力值係於開放端相對於量測端之水柱高度差為依據。圖 4.2靜壓量測。全壓的量測方式則如圖 4.3 所示。U 形管量測端插入氣流並使其開口正對氣流方向，如此水柱管可一併讀取靜壓與動壓而得全壓值。圖 4.3全壓量測。動壓的量測則如圖 4.4 所示。基本上是以 U 形水柱管一端量測靜壓，另一端量測全壓，再由兩端的壓力差得動壓值。圖 4.4動壓量測。考慮一進入動壓量測端的流線，在距量測端入口前（點 1）之全壓為 ，而在水柱面上端（點
12、2）的壓力為 P2（在穩定狀態下水柱成靜止，故風速為零），根據白努利方程式所描述的關係（無高度效應）， ：(7)而水柱管靜壓端所測得的壓力為 P1，於是水柱高度差所顯示的壓力差為， ，(8)而此壓力差與水柱高度差 hw 的關係為 ，(9)於是水柱高度差與風速的關係為 。(10)不過，在使用 MKS 制單位時，上式之空氣密度 ra = 1.2 kg/m3，風速 u 以 m/s 為單位，水密度 rw = 1000 kg/m3，重力加速度 g = 9.8 m/s2，所計算得的水柱高度為公尺水柱（mH2O）。為便利局部排氣導管系統中使用，通常均描述為 。(11)反之，當以圖 4.4 的方法測得動壓 V
13、P 時，可利用上述關係推得風速 。(12)因此動壓量測在實際應用上常用以量測導管風速。如式 (11) 所示，無論在任何狀況下，動壓均不得為負值。由於靜壓量測法是以非侵入方式（如圖 4.2）進行量測，因此在應用上常做為長期監控管流壓力變化的方式而全壓與動壓量測（圖 4.3 與圖 4.4）則適用於定期性的短期計測以及實驗室中的壓力計測工作。. 導管壓力損失在實際狀況下，具黏性的氣流在平直導管中的流動會造成相反於流動方向的摩擦力，致使式 (2) 所述的白努利方程式不完全適用。如圖 4.5 所示的平直導管中，若沿長度方向量測其靜壓，可發現靜壓依氣流方逐步遞減。若依式 (2) 所述，在平直導管中，斷面積
14、固定，風速亦維持不變（式 (1)），且高度不變，靜壓值應維持固定。但實際上，氣流黏性對管壁摩擦會造成能量損失，根據修改後的白努利方程式（式 (4) 與 (5)），上游的全壓與靜壓均大於下游的全壓與靜壓（因流速不變，動壓亦不變），此現象即為壓力損失。圖 4.5平直導管中的壓力損失。若由力平衡觀點來看，當氣流以穩定速度流動（無加速度）時，作用於一段空氣的合力應為零，也就是如圖 4.5 所示的 P2A = P1A + F，其中 F 為摩擦阻力，由於摩擦力與流動方向相反（F 0），故 P2 P1，也就是上游的壓力（靜壓 P2）必須大於下游的壓力（靜壓 P1）。根據以往的理論探討與經驗，平直導管任兩點間
15、的摩擦壓力損失關係為 ，(13)式中 DTP 與 DSP 分別為兩點間的全壓差與靜壓差，下標 1 與 2 分別代表位於導管上游與下游之一點，L 為該兩點間的長度，d 為導管直徑（管徑），f 則為摩擦係數，或稱 Darcy 摩擦係數。然而，摩擦係數 f 本身亦非固定值，如圖 4.6 的 Moody 圖所示，摩擦係數與雷諾數（Reynolds number）以及導管相對粗糙度（relative roughness）相關2。其中雷諾數的定義為 ，(14)式中 m 為流體的黏性係數（對標準狀態下的空氣而言，m = 1.8178 x 10-5 Pa-s）而相對粗糙度之定義為 e/d，其中 e 為管壁粗糙
16、度，對一般鍍鋅導管而言，e = 0.15 mm，而較光滑的鋁製或不銹綱導管，e = 0.05 mm。圖 4.6Moody 圖。由式 (13) 與圖 4.6 可知，平直導管的壓力損失大略與風速的平方（動壓）與長度成正比，大略與管徑成反比，且隨管壁材質的粗糙度的增加而增加。值得注意的是，式 (13) 中 DTP = DSP （全壓損失等於靜壓損失）關係的成立係因為平直導管管徑不變，根據前述氣流連續性的條件，風速與動壓亦沿管長固定。在後述管徑沿長度改變的狀況下，上述關係即不再成立。雖然 Moody 圖所顯示的摩擦係數值在導管設計領域中早被廣泛使用，但近年因計算工具（包括一般工程用計算機）的普及化，以
17、經驗公式計算導管壓力損失遠較圖表更為方便。較著名的公式如 Churchill 的摩擦係數近似式，適用於 Moody 圖上所有層流、過渡與紊流區，誤差限於幾個百分比之內3： ，(15)其中如圖 4.6 所示，當雷諾數小於 4000 時，屬於層流區（laminar zone）。對標準狀態的空氣而言，此條件相當於 ，(16)也就是風速的 m/s 值與管徑的 cm 值乘積小於 6，必須在相當低的風速配合相當小的管徑方能達到此條件。然而絕大多數的通風設備導管操作範圍都超出上述條件，因此一般均不考慮層流區的狀況。由 Loeffler 所提出較簡單的計算方式則在紊流區內達到 5% 之內的誤差4： ，(17)
18、其中的參數 a、b 與 c 隨管壁材質而異：管壁材質abc鋁、鑄鐵、不銹鋼0.19020.4650.602表面鍍鋅0.18990.5330.612撓性管壁0.25420.6040.639使用式 (17) 時須注意各變數（壓力、風速、風量、長度等）所使用的單位。對於常使用於通風導管的矩形斷面導管，則可依據 Huebscher5所提出的相當管徑（equivalent diameter）計算導管壓力損失：其中 w 與 h 分別為矩形斷面的兩邊長。. 管徑變動時的壓力變化在通風設備導管中常需要變動導管管徑， 圖 4.7 所示即為一設置於排氣機上游的管徑放大部分，於擴張管段上下游所測得的靜壓與動壓之和均
19、等於該處的全壓。由於管徑擴大，致使動壓隨風速降低（如圖 4.7 中由 8 降低至 5）。當管徑變動時，除了導管原有的摩擦阻力外，尚因紊流的增加產生額外的能量損失，此現象在驟擴管中尤為顯著（如圖 4.8）。此種能量損失表現於全壓的降低（如圖 4.7 中由 -2 降低至 -5）。然而，在此種管段中，靜壓可能呈現增加現象（如圖 4.7 中由 -10 增至 8），此種靜壓增加係來自於動壓的降低，而非能量的增加。由此可顯示靜壓量測無法反映能量損失的缺點。比較 圖 4.7 中各種壓力的變動，靜壓提升 2，動壓降低 5，二變動值相加得全壓降低 3。因此，雖然靜壓有增加現象，但仍不及動壓的降低。圖 4.7管徑
20、放大時的壓力變化（位於排氣機上游）。(a) (b)圖 4.8管徑放大時所產生的紊流，(a) 為漸擴管(b) 為驟擴管6。在通風導管中亦常見如圖 4.9 所示管徑縮小的狀況。如圖所示（亦位於排氣機上游），上下游所測得靜壓與動壓之和亦等於該處全壓。但是，由於管徑縮小，至使動壓連同風速升高（如圖 4.9 中由 8 增至 12）。而管徑縮小所造成的紊流也會產生額外的能量損失（如圖 4.10），此能量損失反映於全壓的降低（如圖 4.9 中由 -2 降至 -6）。由於動壓增加 4，全壓降低 4，故靜壓總共降低 8（靜壓等於全壓減動壓），因此在管徑縮小的狀況，靜壓沿導管長度方向的降低量係包含了能量損失與提供
21、動壓增加兩種效應。圖 4.9管徑縮小時的壓力變化（位於排氣機上游）。(a)(b)圖 4.10管徑縮小時所產生的紊流，(a) 為漸縮管(b) 為驟縮管6。導管開口部分為導管管徑縮小的特例，相當於管徑由無限大（開放空間）縮小至一有限的管徑。在導管外相當距離之處，靜壓與大氣壓力相當，故為 0因無風速，故動壓亦為 0於是兩者之和全壓為 0。當進入導管後，如圖 4.12 開口縮流（vena contracta）所引致紊流能量損失使全壓成為負值（如圖 4.11 由 0 降為 -3）動壓則隨導管風速增為一正值（如圖 4.11 由 0 增為 5）而靜壓則隨之降低，且較全壓更低，其差值恰好為導管中的動壓值（如圖
22、 4.11 由 0 降為 -8），此差值稱為加速效應（acceleration effect），也就是風速由零加速至導管風速對靜壓所造成的影響。局部排氣導管系統的開口處即為氣罩所在，該處壓力損失的程度隨氣罩而異。圖 4.11導管開口的壓力變化情形。圖 4.12導管開口所造成的縮流與紊流6。至於導管出口若無特殊設備（如雨遮等），能量損失一般可忽略，在該處之靜壓與大氣壓力相當，故為零。於是全壓即等於動壓，此時動壓即出口排氣速度所造成。. 壓力損失係數通風裝置導管上所設置的任何配件（fitting），舉凡氣罩、肘管、合流、擴張管、縮管、空氣清淨裝置等都會造成氣流能量損失，並反映於全壓的損失。根據經驗
23、，大部分設備的全壓損失大略與該處的動壓成正比。因此各配件所造成的全壓損失多描述為： ，(18)式中 F 即為壓力損失係數（loss factor），此參數即代表配件的能量損失特性。然而，若連接配件上下游管徑不同，致使上下游動壓不一致時，有些採用下游的動壓，有時則採用上下游動壓的平均值。對同一種配件，此兩種方法所定義的壓力損失係數會有所不同，在使用時須注意。各種配件的壓力損失不外以下列方法獲得：(1) 製造廠商所提供之技術資料：一般僅限於具型錄之產品。(2) 參考文獻上的經驗公式7,8。(3) 自行測試：根據前述全壓損失與動壓關係以線性迴歸求得。一般而言，以自行測試較能獲得接近實際狀況的結果。雖
24、然利用經驗公式亦為常用的方式，但通常會產生相當大的誤差。. 局部排氣裝置導管設計局部排氣裝置導管設計的主要工作為：(1) 決定導管系統配置：依現場氣罩安裝點、排氣機位置以及與其他裝置之配合而定。(2) 選定各導管的管徑。(3) 決定各導管與配件所造成的壓力變化。(4) 決定達到設計要求所需的排氣機性能。而在設計過程中所需的資料至少應包括：(1) 各氣罩的風量需求。(2) 各導管的最低風速，即搬運風速（transport velocity）值（見表 4.1）。(3) 各導管與配件的壓力損失特性。表 4.1各種物質所需之搬運速度9。污染物物質搬運速度 (m/s)氣體、蒸氣、霧滴燻煙、極輕之乾燥粉塵
25、各種氣體、蒸氣、霧滴氧化鋅、氧化鋁、氧化鐵等燻煙，木材、橡膠、塑膠、綿等之微細粉塵10輕質乾燥粉塵原棉、大鋸屑、穀粉、橡膠、塑膠等之粉塵15一般工業粉塵毛、木屑、刨屑、砂塵、磨床之粉塵，耐火磚粉塵20重質粉塵鉛砂、鑄造用砂、金屬切劑25重質溼潤粉塵溼潤之鉛砂、鐵粉、鑄造用砂，窯業材料25 以上其他可能需要考慮的因素包括：最低排氣風速要求（基於廢氣排放的考量）、能與排氣機或空氣清淨裝置進出口搭配的管徑、安裝場所對最大管徑的限制、最大容許導管風速（基於導磨耗或靜電的考量）、空氣清淨裝置的有效操作風速（特別是離心式集塵器）等。以下就單一氣罩系統與多氣罩系統以範例舉例說明。. 單一氣罩系統設計. 導管
26、配置如圖 4.13，氣罩至肘管（點 1 至點 2）0.5 m，肘管至排氣機（點 3 至點 4）1.5 m，排氣機至出口（點 5 至點 6） 1 m。圖 4.13單一氣罩系統設計範例。. 設計要求(1)氣罩風量需求：Q = 12.3 m3/min 以上(2)搬運風速：uT = 10 m/s 以上(3)導管出口排氣風速：uE = 20 m/s 以上. 設計參數(1)氣罩壓力損失係數：Fh = 0.8(2)肘管壓力損失係數：Fl = 0.3(3)導管摩擦損失係數：f = 0.0227(4)排氣機上游導管可用管徑：間隔 1 cm(5)排氣機下游導管：可訂製. 決定排氣機上游管徑(1)Q = 12.3
27、m3/min = 12.3/60 = 0.205 m3/s(2)達到搬運風速的最大導管斷面積：A = Q/uT = 0.205/10 = 0.0205 m2(3)達到搬運風速的最大導管管徑：= 0.162 m = 16.2 cm（若導管可訂製，則直接使用此管徑，可忽略以下三步驟，此時導管風速即為所給定的搬運風速）(4)選擇 d = 16 cm = 0.16 m（選擇較 16.2 cm 更小的管徑以確保在給定風量下導管風速大於搬運風速要求）(5)導管斷面積 A = p x 0.162/4 = 0.0201 m2(6)導管風速 u1 = u2 = u3 = u4 = Q/A = 0.205/0.0
28、201 = 10.2 m/s 10 m/s(7)動壓 VP1 = VP2 = VP3 = VP4 = (10.2/4.04)2 = 6.37 mmH2O. 點 1（氣罩下游端）(1)氣罩壓力損失：DTPh = Fh x VP = 0.8 x 6.37 = 5.09 mmH2O(2)全壓 TP1 = 0 - DTPh = -5.09 mmH2O(3)靜壓 SP1 = TP1 VP1 = -5.10 - 6.37 = -11.47 mmH2O或 = (1 + Fh) x VP1 = (1 + 0.8) x 6.37 = -11.47 mmH2O. 點 2（肘管上游端）(1)導管 1-2 壓力損失
29、= DTP12 = DSP12 = f L12/d x VP1 = 0.0227 x 0.5/0.16 x 6.37 = 0.45 mmH2O（由於導管進出口管徑不變，故靜壓與全壓損失相同）(2)全壓 TP2 = TP1 DTP12 = -5.09 0.45 = -5.54 mmH2O(3)靜壓 SP2 = TP2 VP2 = -5.54 6.37 = -11.91 mmH2O或 = SP1 DSP12 = -11.47 0.45 = -11.91 mmH2O（此方式僅適用點 1 與點 2 風速相同的狀況）. 點 3（肘管下游端）(1)肘管壓力損失 DTPl = DSPl （由於肘管進出口管徑
30、不變，故靜壓與全壓損失相同）= Fl x VP2 = 0.3 x 6.37 = 1.91 mmH2O(2)全壓 TP3 = TP2 DTPl = -5.54 1.91 = -7.45 mmH2O(3)靜壓 SP3 = TP3 VP3 = -7.45 6.37 = -13.82 mmH2O或 = SP2 DSPl = -11.91 1.91 = -13.82 mmH2O（此方式僅適用點 2 與點 3 風速相同的狀況）. 點 4 （排氣機進口端）(1)導管 3-4 壓力損失 = DTP34 = DSP34 = f L34/d x VP1 = 0.0227 x 1.5/0.16 x 6.37 = 1
31、.36 mmH2O（由於導管進出口管徑不變，故靜壓與全壓損失相同）(2)全壓 TP4 = TP3 DTP34 = -7.45 1.36 = -8.81 mmH2O(3)靜壓 SP4 = TP4 VP4 = -8.81 6.37 = -15.18 mmH2O或 = SP3 DSP34 = -13.82 1.36 = -15.18 mmH2O（此方式僅適用點 3 與點 4 風速相同的狀況）. 決定排氣機下游管徑(1)Q = 0.205 m3/s(2)達到導管出口牌氣風速要求的最大導管斷面積：A = Q/uE = 0.205/20 = 0.01025 m2(3)達到出口排氣風速的最大導管管徑：= 0
32、.114 m = 11.4 cm，由於導管可訂製，管徑可依要求設計，故取 d = 11.4 cm(4)動壓 VP5 = VP6 = (20/4.04)2 = 24.5 mmH2O. 點 6 （導管出口）在點 4 與點5 （排氣機進出口）之間因排氣機對氣流提供能量，根據式 (4) 與 (5)，導管內的全壓會驟升。然而此驟升量截至目前為止仍是未知數，因此無法再依序計算點 5 與點6 兩點的全壓與靜壓值。不過，在導管出口處的靜壓（SP6）因對大氣開放，故可設為零，而該處的動壓（VP6）也已求得，故可進而求得全壓（TP6）。於是在排氣機下游導管中的各點壓力可沿氣流相反方向朝排氣機逐點計算。(1)靜壓
33、SP6 = 0(2)全壓 TP6 = SP6 + VP6 = 0 + 24.5 = 24.5 mmH2O. 點 5 （排氣機出口）(1)導管 5-6 壓力損失 = DTP56 = DSP56 = f L56/d x VP5 = 0.0227 x 1/0.114 x 24.5 = 4.87 mmH2O（由於導管進出口管徑不變，故靜壓與全壓損失相同）(2)全壓 TP5 = TP6 + DTP56 = 24.5 + 4.87 = 29.4 mmH2O(3)靜壓 SP5 = TP5 VP5 = 29.4 24.5 = 4.87 mmH2O或 = SP6 + DSP56 = 0 + 4.87 = 4.8
34、7 mmH2O（此方式僅適用點 5 與點 6 風速相同的狀況）. 各種壓力變化趨勢圖 4.14 所示為將上述計算所得沿導管各點動壓、靜壓與全壓的變化趨勢。根據圖中所示，可歸納得以下結果：(1) 導管中各配件（如氣罩、肘管等）所造成的壓力損失遠較導管所造成的壓力損失顯著。(2) 對同一風量而言，細導管所造成的壓力損失較粗導管所造成的壓力損失為大。此趨勢反映於排氣機上游粗導管（點 1 至點 2 以及點 3 至點 4）的全壓與靜壓下降斜率（絕對值）小於排氣機下游細導管（點 5 至點 6）。(3) 靜壓較全壓為低，其差異恰等於動壓。(4) 排氣機上游導管中的全壓與靜壓恆為負值。由於導管與其他配件所造成
35、的氣流能量損失，且無能量供應（如式 (4)），排氣機上游導管中的全壓沿氣流方向自零（氣罩前方）開始逐步降低，故恆為負值。由於靜壓必然小於全壓，故靜壓亦為負值。因此無論導管管徑是否變化，上述趨勢恆成立。(5) 排氣機下游導管的全壓恆為正值。無論排氣機下游導管管徑是否改變，全壓恆沿氣流方向降低，而在出口處的全壓恰等於恆為正值得動壓（由排氣風速所造成），故全壓恆為正值。排氣機下游導管中的靜壓通常也是正值，不過若出口端設有擴張管時，在擴張管上游端入口前的一小段導管內的靜壓會小於零（如圖 4.15）。此種做法常用以降低排氣機的靜壓提昇量需求（見下述）。(6) 排氣機必須提供足夠的靜壓與全壓增加量（點4
36、與點 5 之間）方能局部排氣裝置的抽氣量達到要求。以上述的導管系統為例，排氣機必須提供 TP5 TP4 = 29.4 - (-8.81) = 38.2 mmH2O 的全壓增加量以及 SP5 SP4 = 4.87 - (-15.18) = 20.1 mmH2O 的靜壓增加量。若排氣機所提供的壓力提昇量大於上述數值，則系統的抽氣風量會高於需求值（Q = 12.3 m3/min），若低於上述數值，則抽氣風量會低於需求值。圖 4.14單一氣罩局部排氣裝置各種壓力變化趨勢。圖 4.15開口擴張管會使排氣機下游導管近出口處的靜壓成為負值。. 設計計算表格使用如表 4.2 所示的設計計算表格可使上述的計算更
37、為便利。表中將所有管徑不變的管段（如點 1 至點 4）視為一個導管單元，每一單元的相關數據逐項記載於一縱欄中。與前述的計算步驟比較，表 4.2 所列的結果有些許更動：(1) 各點壓力以靜壓記載。(2) 導管壓損係數定義為 ，也就是將式 (13) 寫成式 (18) 的型式，而式中的 L 為一導管單元的總長度，如此可省去逐步計算導管壓損的程序。(3) 表中先計算各導管單元的壓力損失係數總和，乘上該單元的動壓並加上其他靜壓損失（無法以式 (18) 描述的配件或效應所造成的靜壓損失），得該導管單元的靜壓損失。(4) 排氣機下游導管內的靜壓損失一併與上游導管累加，最後累加至出口的靜壓值的絕對值便是排氣機
38、所需提供的靜壓提昇。此相當於將排氣機設於導管出口處，理論上所得的排氣機性能需求不會有所差異。表 4.2設計計算表範例。自15至46導管長度（m）21風量要求（m3/min）12.312.3搬運風速要求（m/s）1020最大導管斷面積（m2）0.02050.01025最大管徑（m）0.1620.114 選取管徑（m）0.160.114 導管斷面積（m2）0.02 0.01 風速（m/s）10.20 20.00 動壓（mmH2O）6.37 24.51 導管壓損係數0.28 0.20 加速係數1氣罩壓損係數0.8肘管壓損係數0.3合流壓損係數其他壓損係數壓損係數總和2.38 0.20 其他靜壓損失（
39、mmH2O）本導管靜壓損失（mmH2O）15.18 4.87 末端累積靜壓（mmH2O）-15.18 -20.05 為便利記載，有些設計者也省卻最後一橫列末端累積靜壓的負值。若利用 Microsoft Excel 等試算表程式也可依表 4.2 製作成具自動運算功能的工作表，使用時將更為便利。. 排氣機全壓與排氣機靜壓需求前述計算所得全壓與靜壓提昇量即為使局部排氣裝置抽氣量恰好達到設計要求（Q = 12.3 m3/min）所需的排氣機性能。排氣機的能量提供率與驅動排氣機電動機的消耗功率相關。而此能量提供率反映於排氣機全壓（fan total pressure）簡稱 FTP，其定義為：FTP =
40、TP排氣機出口 TP排氣機入口 。(19)依前述的計算範例，FTP = TP5 TP4 = 38.2 mmH2O。而電動機的消耗功率則可由 FTP 與排氣機所提供風量求得：(20)或 ，(21)式中 h 為排氣機效率、驅動效率等相乘積所得的總效率，一般在 50% 至 75% 之間。在前述的範例，若 h = 60%，則排氣機的消耗功率為 12.3 x 38.2/6120/0.6 = 0.128 kW，或者是 12.3 x 38.2/8200/0.6 = 0.095 hp。雖然排氣機所提供的能量與 FTP 相關，但在局部排氣裝置中，排氣機的主要功能在於克服壓力損失，因此排氣機下游的氣流動壓常不被視
41、為排氣機的有效功能，因此一般公認的排氣機性能參數為排氣機靜壓（fan static pressure），簡稱 FSP，也就是排氣機全壓減去排氣機出口動壓。再根據圖 4.16 FSP 有下列計算方式：(22)式中下標 i 與 o 分別代表排氣機進口與出口。於是，在前述的範例中，排氣機靜壓需求為 FSP = FTP VP5 = 38.2 24.5 = 13.7 mmH2O。當使用表 4.2 進行計算時，FSP 相當於出口導管的末端累積靜壓值即相當於排氣機進出口靜壓提昇量的負值（SPi - SPo，因在該處靜壓必須提昇至零），因此可使用式 (22) 的第三行計算 FSP，也就是 FSP = 20.0
42、5 6.37 = 13.7 mmH2O。而 FTP可利用式 (22) 的第一行推得，也就是 FTP = FSP + VPo = 13.7 + 24.51 = 38.2 mmH2O。圖 4.16排氣機進出口壓力的關係。. 動力需求曲線動力需求（power requirement）曲線，簡稱 PWR 曲線，為一導管系統中排氣機靜壓需求與風量的關係。當抽氣風量改變時，排氣機靜壓需求也會隨之改變。由於導管與配件壓損大略與動壓成正比，動壓又隨風速平方成正比，對相同的導管而言，風速又與抽氣風量成正比，因此排氣機靜壓需求大略與抽氣風量的平方成正比。於是在前述的範例中，動力需求曲線大略近似於或。(23)圖 4
43、.17 所示即為根據上式所推估的動力需求曲線，此曲線恰好通過原來計算狀況（Q = 12.3 m3/minFSP = 14.7 mmH2O），此即為設計點所在。圖 4.17動力需求曲線，空心圓標記設計點所在。. 排氣機. 排氣機種類如圖 4.18 所示，通風裝置所使用的風扇大略可分為離心式與軸流式兩種。使用於局部排氣裝置的風扇特稱為排氣機，通常為離心式，此類排氣機較軸流式可提供更大的壓力提昇量。圖 4.18離心式風扇（上）與軸流式風扇（下）10。如圖 4.19所示，離心式排氣機依扇葉型式又大略可分為輻射式、前曲式、後曲式與氣翼式等。其中後曲式與氣翼式在外觀上極為類似，唯後者的扇葉斷面類似機翼斷面
44、。而前曲與後曲的分別在於前者扇葉朝轉動切線方向彎曲後者則朝轉動切線相反方向彎曲。各類排氣機扇葉幾何形狀的不同造成壓力提昇性能的差異。圖 4.19各種離心式排氣機，自左至右分別為輻射式、前曲式與後曲式（或氣翼式）6。. 排氣機性能曲線若將一排氣機單獨以一固定轉速運轉，並於其進出口量測動壓、靜壓與全壓，再以檔板調整風量，對不同型式排氣機可得如圖 4.20 所示的 FSP 與風量關係。其中 Q = 0 時所對應的 FSP 為檔板全關時所產生的進出口壓力差而當 FSP = 0 時，則相當於檔板全開時所測得的結果。在各類離心式排氣機中，以前曲式的性能曲線較為特殊。圖 4.20各類排氣機的性能曲線，自左至
45、右分別為輻射式、前曲式與後曲式（或氣翼式）。若變動排氣機轉速，排氣機性能曲線則會如圖 4.21 所示的變動趨勢。也就是當轉速提高時，曲線會向右上方大略平行移動。圖 4.21排氣機性能曲線與轉速的關係。. 排氣機與導管系統的配合如圖 4.22 所示，當前述的排氣機性能曲線與局部排氣導管系統的動力需求曲線疊合在一張圖上時，由兩曲線的交點即可求得操作點。由於性能曲線會隨排氣機轉速的不同而變動，因此操作點也會隨排氣機轉速的改變而移動。排氣機轉速愈高，所造成的風量愈大。圖 4.22 中的動力需求曲線一如圖 4.17，當排氣機轉速為 275、350 與 425 RPM 時，排氣機性能曲線與動力需求曲線交點
46、所得操作點所對應的風量分別為 11、14 與 17 m3/min 左右。若欲使前述範例氣罩抽氣風量恰好等於設計值（12.3 m3/min），排氣機轉速大約為 310 RPM 左右。此時所得的操作點恰好就是設計點。圖 4.22不同轉速下排氣機性能曲線與導管動力需求曲線的交點即為操作點（實心圓形標記），操作點與設計點（空心圓形標記）都在動力需求曲線上。一般導管動力需求曲線與排氣機性能曲線均選擇於 FSP 隨風量降低的部分交會。在此部份通常具有較高的效率，噪音較低，而且風量較穩定。局部排氣導管使用期間，導管動力需求曲線並不會保持固定，當導管或空氣清淨裝置（特別是袋濾器）發生阻塞時、導管因長久使用發生銹蝕或部份氣罩開啟關閉時，都會造成動力需求曲線的變化，如圖 4.23 所示，若有兩種排氣機可供選擇，分別為排氣機 1 與排氣機 2，其性能曲線分別以實線與斷線顯示，二者均與動力需求曲線交會於操作點 1。但是對排氣機 1 而言，交點位於 FSP 隨風量陡降的部分對排氣機 2 而言，交點則位於 FSP 隨風量平穩變化的部分。當操作狀況改變致使性能需求曲線變動時，使用二排氣機的操作點