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1、第第2章章 气体输配管网水力特征气体输配管网水力特征与水力计算（与水力计算（P41）l l2.1 气体管流水力特征气体管流水力特征l l2.1.1 气体重力管流水力特征气体重力管流水力特征l l如图如图2-1-1，管道内气体由断，管道内气体由断l l面面1流向断面流向断面2。其流动的。其流动的l l能量方程式能量方程式为：为：l l(2-1-1)H H2 2H H1 11 12 2N No o8383其中，其中，pj1、pj2分别是管内断面分别是管内断面1、2的的静压静压；lv1、v2分别是管内断面分别是管内断面1、2的流速；的流速；H分别是分别是断面断面1、2的位置标高；的位置标高；a、为环
2、境空气密度为环境空气密度和管内气体密度；和管内气体密度；g为重力加速度；为重力加速度；p12为从为从断面断面1到到 断面断面2的流动的流动能量损失能量损失。工程上称。工程上称l l 为断面为断面1、2处的处的动压动压；l 称为称为位压位压，它实，它实际上是重力对流动的作用。当管内外流体密际上是重力对流动的作用。当管内外流体密度相同，位压为零。当密度上度相同，位压为零。当密度上 由温由温度差造成时，工程上称度差造成时，工程上称位压为势压位压为势压，或，或热压热压。N No o8484若若1、2断面分别在管道的进口处和出口处，断面分别在管道的进口处和出口处，如图，则有如图，则有pj1=0,pj2=
3、0,v1=0,(2-1-1)式式变形为变形为l（2-1-2）式）式表明表明，出口的，出口的动压和动压和断面断面1、2之间流动之间流动损失的压力损失的压力来来源于源于进出口之间的进出口之间的位压位压。即即由断由断面面1到到 2的流动的流动是由是由重力引起重力引起的，的，属属重力流重力流，动力大小动力大小取决于进出取决于进出口的高差和管道内外密度差之积。口的高差和管道内外密度差之积。流动方向流动方向取决于管道取决于管道内外气体密内外气体密度的相对大小度的相对大小，若管道内气体，若管道内气体l l(2-1-2)N No o85851 11 12 22 2H H2 2H H1 1 a a补充图补充图补
4、充图补充图密度小（密度小（a）,管道内管道内气流向上气流向上，反之，反之l气流向下。如卫生间排气竖井内，气体密度气流向下。如卫生间排气竖井内，气体密度冬季小于室外，夏季大于室外，若无排气风冬季小于室外，夏季大于室外，若无排气风机，则竖井内冬季气流向上运动，夏季气流机，则竖井内冬季气流向上运动，夏季气流向下运动，倒灌入位于低层的卫生间。向下运动，倒灌入位于低层的卫生间。l U型管型管如图如图 2-1-2，假设气，假设气l流从断面流从断面1流入，断面流入，断面2流出。流出。l断面断面1断面断面D的能量方程式为：的能量方程式为：l l(2-1-3)1 12 2D D 1 1 a a 2 2H H2
5、2H H1 1H H2 2V V2 2V V1 11 1D D断面断面D断面断面2的能量方程为：的能量方程为：其中，其中，1、2分别为管道分别为管道1-D和和D-2中的气体密中的气体密度；度；pjD、VD为断面为断面D处的静压和流速；处的静压和流速；分别是管流由分别是管流由1到到D和和D到到2中的中的能量损失，将（能量损失，将（2-1-3）和（）和（2-1-4）相加，整）相加，整理得理得 l l(2-1-4)l l(2-1-5)D D2 2（2-1-5）式表明：）式表明：l lU型管道内型管道内的重力流，与管道外的的重力流，与管道外的空气密度空气密度无关无关。流动动力。流动动力取决于取决于两竖
6、直管段内的气体两竖直管段内的气体密度差（密度差（1-2）和和管道高度（管道高度（H2-H1）之积。）之积。密度相对较小的竖管内气体向上流。密度相对较小的竖管内气体向上流。l l当图当图2-1-2中的断面中的断面1、2合为一体时，如图合为一体时，如图2-1-3，形成，形成闭式循环管道，其能量闭式循环管道，其能量l l方程式为方程式为l l其中其中 pL是流过闭式循是流过闭式循l l环管道的能量损失，环管道的能量损失，l l(2-1-6)(2-1-6)1 1 2 2 1 1 H H2 2 H H1 1图图图图2-1-32-1-3闭式管道重力闭式管道重力闭式管道重力闭式管道重力循环流动循环流动循环流
7、动循环流动N No o8888式（式（2-1-6）表明：）表明：l l无机械动力的闭式管道中，无机械动力的闭式管道中，流动动力流动动力取决于取决于竖管段内的竖管段内的气体密度差和竖管段的高之积气体密度差和竖管段的高之积。密度较大的竖管内气流向下，密度较小的竖密度较大的竖管内气流向下，密度较小的竖管内气流向上。管内气流向上。l l2.1.2 气体压力管流水力特性气体压力管流水力特性l l当管道内部、管道内外不存在密度差，或是当管道内部、管道内外不存在密度差，或是水平管网，则有水平管网，则有l l即位压等于零，（即位压等于零，（2-1-1）式变为：）式变为：l l(2-1-7)(2-1-7)N N
8、o o8989同一断面上静压与动压之和称为全压同一断面上静压与动压之和称为全压pq,即即 l即即 ,(2-1-7)式可变形为：式可变形为：l(2-1-8)式表明，位压为零的管流中，是式表明，位压为零的管流中，是两断面的全压差克服流动阻力造成流动，两断面的全压差克服流动阻力造成流动，上游断面全压减去上、下游断面间的流上游断面全压减去上、下游断面间的流动阻力等于下游断面的全压，即动阻力等于下游断面的全压，即l l(2-1-8)l l(2-1-9)N No o9090因此，因此，流速的变化流速的变化，引起，引起动压动压变化，也必然变化，也必然l引起引起静压变化静压变化。上游断面静压减去上、下游断。上
9、游断面静压减去上、下游断面间的流动阻力与上下游断面动压变化之和等面间的流动阻力与上下游断面动压变化之和等于下游断面的静压，即于下游断面的静压，即l（2-1-9）和（）和（2-1-10）式表明了压力流网的基）式表明了压力流网的基本水力特征。当管段中没有外界动力输入时，本水力特征。当管段中没有外界动力输入时，下游断面的全压总是低于上游断面。而上、下下游断面的全压总是低于上游断面。而上、下游断面间的静压关系比较复杂，这是因为（游断面间的静压关系比较复杂，这是因为（2-1-10）的）的 内可内可“+”、可、可“-”、也可为、也可为“0”.l l(2-1-10)N No o9191可通过改变流速，在一定
10、范围内调整静压。可通过改变流速，在一定范围内调整静压。l l2.1.3 压力和重力综合作用下的气体管流特压力和重力综合作用下的气体管流特征征l l由（由（2-1-1）式可得：）式可得：l l二者综合作用，克服流动阻力二者综合作用，克服流动阻力 ，l l维持管内流动。但维持管内流动。但二者的综合作用并非总是二者的综合作用并非总是相互加强的相互加强的。当。当 H1),阻挡向下流动阻挡向下流动l（H2H1）。反之，）。反之，管内气体密度大时管内气体密度大时，位，位压驱动气体压驱动气体向下流动向下流动，阻挡向上流动。在闭，阻挡向上流动。在闭式循环管路内，位压驱动式循环管路内，位压驱动密度小的气体向上密
11、度小的气体向上流动，密度大的气体向下流动流动，密度大的气体向下流动；阻挡相反方；阻挡相反方向的流动。向的流动。l若压力若压力 驱动的流动方向驱动的流动方向与位压一致与位压一致，则二者综合作用则二者综合作用加强加强管内气体流动，若驱动管内气体流动，若驱动方向相反，则由绝对值大者决定管流方向；方向相反，则由绝对值大者决定管流方向；绝对值小者实际上成为加绝对值小者实际上成为加“流动阻力流动阻力”。l如空调建筑装有排气风机的卫生间排气竖井，如空调建筑装有排气风机的卫生间排气竖井，冬季在位压的辅助作用下，排气能力明显冬季在位压的辅助作用下，排气能力明显N No o9393加强，夏季排气风机除克服竖井的阻
12、力外，加强，夏季排气风机除克服竖井的阻力外，l还要克服位压，排气能力削弱，尤其是高层还要克服位压，排气能力削弱，尤其是高层建筑。建筑。l2.2 流体输配管网水力计算的流体输配管网水力计算的基本原理和方法基本原理和方法l流体输配管网水力流体输配管网水力计算的主要目的计算的主要目的是根据要是根据要求的流量分配，求的流量分配，确定确定管网的各段管网的各段管径管径（或断（或断面尺寸）和阻力，求得管网面尺寸）和阻力，求得管网特性曲线特性曲线，为，为l匹配匹配管网管网动力设备动力设备（风机、水泵等）的型号（风机、水泵等）的型号和和动力消耗动力消耗；或者或者根据已定的动力设备，确根据已定的动力设备，确定保证
13、流量分配的定保证流量分配的管道尺寸管道尺寸。N No o94942.2.1 摩擦阻力计算摩擦阻力计算l摩擦阻力摩擦阻力按下式计算：按下式计算：l当管道材料不变，断面尺寸不变，流体密度当管道材料不变，断面尺寸不变，流体密度和流量也不和流量也不 随流程变化时，随流程变化时，l式中，式中，为摩阻力系数：为摩阻力系数：为管段长度，为管段长度，m；Rs为管道水力半径，为管道水力半径，m；Rm为管道为管道 单位长度摩单位长度摩阻力，又称为比阻，阻力，又称为比阻，Pa/m。（2-2-1）N No o9595 f为管道过流断面面积，为管道过流断面面积，m2.l l当管网压力变化使气体密度当管网压力变化使气体密
14、度 的变化不能忽略的变化不能忽略时，需要引入气态方程和连续方程组成联合时，需要引入气态方程和连续方程组成联合方程组；方程组；l l 在等断面管道、等温流动条件下，求解此联在等断面管道、等温流动条件下，求解此联合方程组得：合方程组得：常数常数N No o9696得：得：l l式中，式中，p1、p2分别为分别为1、2断面的绝对压力，断面的绝对压力，Pa；L0为管道为管道 流量，流量，Nm3/s;l l分别为气体在标准状态下的密度、压力、绝分别为气体在标准状态下的密度、压力、绝对温度和压缩因子；对温度和压缩因子；为断面为断面1、2间的管道间的管道长度，长度，m。l l对于接近于对于接近于0C的常温、
15、压力不太大的的常温、压力不太大的（0.8MPa）圆形管道，可近似取）圆形管道，可近似取T/T0=1；Z/Z0=1.（2-2-1）N No o9797(2-2-1)简化为简化为:低压（低压（0.005MPa）管道，近似取）管道，近似取p1+p2=2p0。(2-2-1)可进步简化为可进步简化为（2-2-1“）（2-2-1“）N No o9898以上公式表明，必须注意正确选择适合管以上公式表明，必须注意正确选择适合管l流特征流特征摩擦阻力计算公式。确定计算公摩擦阻力计算公式。确定计算公式后，需计算摩擦阻力系数式后，需计算摩擦阻力系数。是管流是管流雷诺数雷诺数Re和管道相对粗糙度的函数。和管道相对粗糙
16、度的函数。l式中式中K为管道材料的绝对粗糙度。大量为管道材料的绝对粗糙度。大量l实验荻得不同流态下，（实验荻得不同流态下，（2-2-2）式的具）式的具体数学关系：体数学关系：（2-2-2）N No o9999在层流区：在层流区：当当2000Re4000时称为临界区或临界过度区：时称为临界区或临界过度区：紊流区包括水力光滑区、过渡区（又称紊流过紊流区包括水力光滑区、过渡区（又称紊流过渡区）和阻力平方区：渡区）和阻力平方区：工程中，还常采用适合于一定管材，一定阻力工程中，还常采用适合于一定管材，一定阻力区的专用公式：区的专用公式：（2-2-2a）（2-2-2b）（2-2-2c）N No o1001
17、001.阿里特苏里公式：阿里特苏里公式：2.谢维列夫公式谢维列夫公式对于新钢管：对于新钢管：水力光滑区水力光滑区过渡区（过渡区（）（2-2-2d）（2-2-2e）（2-2-2f）N No o101101对于新铸铁管：对于新铸铁管：l l水力光滑管（水力光滑管（）l l过渡区（过渡区（）l l阻力平方区（阻力平方区（）（2-2-2h）（2-2-2i）（2-2-2j）N No o102102上述诸式：上述诸式：l lK1-考虑实验室和实际安装管道的条件不同考虑实验室和实际安装管道的条件不同的系数，取的系数，取K1=1.15；l lK2-考虑由于焊接接头而使阻力增加的系数，考虑由于焊接接头而使阻力增
18、加的系数，取取K2=1.18。谢维列夫建议的适用铸铁管谢维列夫建议的适用铸铁管紊流三个区的综合公式为：紊流三个区的综合公式为：l l根据新铸铁管的实际资料，上式可写成：根据新铸铁管的实际资料，上式可写成：（2-2-2k）N No o103103l l有明显差别有明显差别，雷诺数范围不相同。这就造成，雷诺数范围不相同。这就造成同一基本原理下，同一基本原理下，不能用统一的计算公式不能用统一的计算公式或或图表图表计算各种流体输配管网的摩擦阻力。因计算各种流体输配管网的摩擦阻力。因此必须特别此必须特别注意各公式和计算图表的使用条注意各公式和计算图表的使用条件和修正方法件和修正方法。l l2.2.2 2
19、.2.2 局部阻力计算局部阻力计算l l局部阻力按下式计算：局部阻力按下式计算：实际工程中，各种流体输配管网的实际工程中，各种流体输配管网的流动状态流动状态（2-2-3）N No o104104式中，式中，为局部阻力系数。为局部阻力系数。l l局部阻力系数一般实验方法确定局部阻力系数一般实验方法确定。l l实际工程中，管件、部件或设备处的流动，实际工程中，管件、部件或设备处的流动，通常都处于自模区，局部阻力系数通常都处于自模区，局部阻力系数 只取决只取决于于管件部件或设备流动通道的管件部件或设备流动通道的几何参数几何参数，一，一般不考虑相对粗糙度和雷诺数的影响。般不考虑相对粗糙度和雷诺数的影响
20、。N No o1051052.2.3 常用的水力计算方法常用的水力计算方法l流体输配管网水力计算的常用方法有流体输配管网水力计算的常用方法有假假定流速法定流速法、压损平均法压损平均法和和静压复得法静压复得法等，等，目前目前常用的是假定流速法常用的是假定流速法。l假定流速法假定流速法的的特点特点是，是，先先按技术经济要按技术经济要求求选定管内流速选定管内流速,再再结合所需输送的流量，结合所需输送的流量，确定管道断面尺寸确定管道断面尺寸，进而，进而计算管道阻力计算管道阻力。N No o106106压损平均法压损平均法的的特点特点是，将是，将已知总作用水头已知总作用水头，按按l管道长度平均分配给每一
21、管段管道长度平均分配给每一管段，以此，以此确定管段确定管段阻力阻力，再根据再根据每一管段的每一管段的流量确定管道断面尺流量确定管道断面尺寸寸。当管道系统所用的动力设备型号已定，或。当管道系统所用的动力设备型号已定，或对分支管路进行阻力平衡计算，此法较为简便。对分支管路进行阻力平衡计算，此法较为简便。环状管网水力计算常用此法。环状管网水力计算常用此法。l静压复得法静压复得法的的特点特点是，利用管道分段，改变管是，利用管道分段，改变管道道 断面尺寸，降低流速，克服管段阻力，重断面尺寸，降低流速，克服管段阻力，重新获得静压。新获得静压。l不论采用何种方法，水力计算必须完成管网系不论采用何种方法，水力
22、计算必须完成管网系统和设备的布置，确定管材，确定各个接受流统和设备的布置，确定管材，确定各个接受流量的管网末端的位置和所需分配的流量。量的管网末端的位置和所需分配的流量。N No o107107然后循着各种方法所要求的步骤进行计算。然后循着各种方法所要求的步骤进行计算。l l以下是以下是假定流速法的假定流速法的 基本步骤基本步骤：l l（1）绘制管网轴测图绘制管网轴测图，对各，对各管段管段进行进行编号编号，标出长度和流量。标出长度和流量。l l（2）合理）合理确定管内流体流速确定管内流体流速。l l（3）根据各管段流量和确定的流速，）根据各管段流量和确定的流速，确定各确定各各部管段的断面尺寸各
23、部管段的断面尺寸。l l（4）计算各管段的阻力计算各管段的阻力l l（5）平衡并联管路平衡并联管路（使各并联管路的计算阻（使各并联管路的计算阻力相等）。这是保证流量按要求分配的关键。力相等）。这是保证流量按要求分配的关键。N No o108108若并联管路计算阻力不相等，在实际运行时，若并联管路计算阻力不相等，在实际运行时，l管网会自动调整各并联管路流量，使并联管管网会自动调整各并联管路流量，使并联管路的实际流动阻力相等。这时各并联管路的路的实际流动阻力相等。这时各并联管路的流量不是要求的流量。流量不是要求的流量。l（6）计算管网的总阻力计算管网的总阻力，求取管网特性曲线。，求取管网特性曲线。
24、l（7）根据管网特性曲线，所要求输送的总流）根据管网特性曲线，所要求输送的总流量以及所输送流体的种类、性质等诸因素，量以及所输送流体的种类、性质等诸因素，综合考虑为管网匹配动力设备（风机、水泵综合考虑为管网匹配动力设备（风机、水泵等），等），确定动力设备所需的参数。确定动力设备所需的参数。l管网阻力计算和特性曲线的求取管网阻力计算和特性曲线的求取，水力计算，水力计算的主体，对不同流体输配管网水力计算虽有的主体，对不同流体输配管网水力计算虽有N No o109109区别，但都是水力计算的重点所在，因而是区别，但都是水力计算的重点所在，因而是l l水力计算的学习重点水力计算的学习重点。水力计算的。
25、水力计算的另重点是管另重点是管网动力设备的匹配网动力设备的匹配，在第，在第7章专门分析讨论。章专门分析讨论。l l水力计算中，各种计算公式和基础数据的选取，水力计算中，各种计算公式和基础数据的选取，应遵循相关应遵循相关规范、标准的规定规范、标准的规定，没有规定的，没有规定的，则可从相关设计手册和资料中查取。则可从相关设计手册和资料中查取。l l2.3 气体输配管网水力计算气体输配管网水力计算l l以通风空调工程的输配管网为例，学习开式枝以通风空调工程的输配管网为例，学习开式枝状气体输配管网水力计算的具体方法。第状气体输配管网水力计算的具体方法。第2.2节中列出了水力计算的节中列出了水力计算的7
26、个步骤，这里介绍到个步骤，这里介绍到第第6步，求取管网特性曲线为止。第步，求取管网特性曲线为止。第7步匹配步匹配动力设备（风机）在第动力设备（风机）在第7章学习。章学习。l l N No o110110计算之前，需先完成空气输配管网的布置，计算之前，需先完成空气输配管网的布置，l包括系统划分；管道包括系统划分；管道 布置、设备和各送排风布置、设备和各送排风点位置的确定；各送风点要求的风量和要求点位置的确定；各送风点要求的风量和要求各管段的风量也得一一确定。各管段的风量也得一一确定。l完成上述前期准备工作之后，方可按假定流完成上述前期准备工作之后，方可按假定流速法的基本步骤进行水力计算。速法的基
27、本步骤进行水力计算。l2.3.1.1 管内流速和管道断面尺寸管内流速和管道断面尺寸l（1）绘制风管系统轴测图）绘制风管系统轴测图l绘制风管系统轴测图，并划分好管段，对各绘制风管系统轴测图，并划分好管段，对各管段进行编号，标注长度和风量。管段进行编号，标注长度和风量。N No o112112通常按流量和断面变化划分管段，一条管段通常按流量和断面变化划分管段，一条管段l内流量和管段断面不变，内流量和管段断面不变，流量和断面二者之流量和断面二者之一或二者同时发生变化之处是管段的起点或一或二者同时发生变化之处是管段的起点或终点终点。管段长度按管段的中心线长度计算，。管段长度按管段的中心线长度计算，不扣
28、除管件（如三通、弯头）本身的长度。不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。l（2）确定管内流速）确定管内流速l管内的流速对通风、空调系统的经济性有较管内的流速对通风、空调系统的经济性有较大影响，对系统的技术条件也有影响。大影响，对系统的技术条件也有影响。流速流速高高，风管断面小，占用的空间小，材料耗用，风管断面小，占用的空间小，材料耗用少，建造费用小；但系统阻力大，动力消耗少，建造费用小；但系统阻力大，动力消耗大，运行费用增大，运行费用增 加，且增加噪声。若气流中加，且增加噪声。若气流中N No o112112含有粉尘等，会增加设备和管道含有粉尘等，会增加设备和管道 的磨损。的磨损。l反之，反之
29、，流速低流速低，阻力小，动力消耗少；但是，阻力小，动力消耗少；但是风管断面大，材料和建造费用大，风管占用风管断面大，材料和建造费用大，风管占用的空间也增大。流速过低会使粉尘沉积而堵的空间也增大。流速过低会使粉尘沉积而堵塞管道。因此，塞管道。因此，l必须通过全面的技术经济比较选定合理的流必须通过全面的技术经济比较选定合理的流速。根据经验总结，风管内的空气流速可按速。根据经验总结，风管内的空气流速可按表表2-3-1、表、表2-3-2确定。若输送的是含尘气流，确定。若输送的是含尘气流，流速不应低于表流速不应低于表2-3-3所列的值。所列的值。N No o113113一般通风系统中常用的空气流速（一般
30、通风系统中常用的空气流速（m/s)表表2-3-1建筑建筑类别类别动力类别及动力类别及风管材料风管材料干干管管支支管管室内进室内进风口风口室内回室内回风口风口新鲜空新鲜空气入口气入口工业工业建筑建筑机械通风薄机械通风薄钢板钢板614281.53.5 2.53.5 5.56.5机械通风混机械通风混凝土、砖凝土、砖412261.53.0 2.03.0 56民用民用及工及工业辅业辅助建助建筑筑自然通风自然通风0.51.00.50.70.21.0机械通风机械通风582524表表2-3-2（空调）表（空调）表2-3-3（含尘）见（含尘）见P48请自阅请自阅l l（3）确定各管段的断面尺寸，计算摩擦阻力）确
31、定各管段的断面尺寸，计算摩擦阻力和局部阻力和局部阻力l l根据风管的风量和选择的流速初步确定风管根据风管的风量和选择的流速初步确定风管断面尺寸，并适当调整使其符合通风管道统断面尺寸，并适当调整使其符合通风管道统一规格。然后，按调整好的断面尺寸计算管一规格。然后，按调整好的断面尺寸计算管内实际流速。内实际流速。l l2.3.1.2 风管摩擦阻力计算风管摩擦阻力计算l l按管内实际流速计算阻力。阻力计算应从最按管内实际流速计算阻力。阻力计算应从最 不利环路（即最长、局部阻力件最多的环路）不利环路（即最长、局部阻力件最多的环路）l l开始。开始。N No o115115通风空调管道中，气流大多属于紊
32、流光滑区到通风空调管道中，气流大多属于紊流光滑区到l粗糙区之间的过渡区粗糙区之间的过渡区。可用（。可用（2-3-1）式）式 计算计算摩擦阻力系数，再用（摩擦阻力系数，再用（2-3-2）计算比摩阻）计算比摩阻Rm。l式中式中 K-风管内壁粗糙，风管内壁粗糙，mm;l D-风管直径，风管直径，mm.l可根据公式（可根据公式（2-3-1）和（）和（2-3-2）制成的计算）制成的计算图表或线算图，可供计算管道阻力时使用。图表或线算图，可供计算管道阻力时使用。l（2-3-1）l（2-3-2）N No o116116只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数只要已知流量、管径、流速、阻力四个参数l中的任意两个
33、，即可利用该图求得其余两个中的任意两个，即可利用该图求得其余两个参数。该图是按过渡区的参数。该图是按过渡区的 值，在压力值，在压力B0=101.3kPa、温度、温度t0=200C、空气密度、空气密度 0=1.24kg/m3、运动粘度、运动粘度=15.0610-6m2/s、壁粗糙度壁粗糙度K=0.15mm、圆圆形形风风管、气流与管管、气流与管壁壁间间无无热热量交量交换换等条件下得的。当等条件下得的。当实际实际条件条件与上述不符与上述不符时时，应进应进行修正。行修正。l（1）密度和粘度的修正）密度和粘度的修正l Pa/ml（2-3-3）N No o117117式中式中l lR Rmm-实际的单位长
34、度摩擦阻力，实际的单位长度摩擦阻力，实际的单位长度摩擦阻力，实际的单位长度摩擦阻力，Pa/mPa/m；l lR Rm0m0-图上查出的单位长度摩擦阻力，图上查出的单位长度摩擦阻力，图上查出的单位长度摩擦阻力，图上查出的单位长度摩擦阻力，Pa/mPa/m；l l -实际的空气密度，实际的空气密度，实际的空气密度，实际的空气密度，kg/mkg/m3 3;l l -实际的空气运动粘度，实际的空气运动粘度，实际的空气运动粘度，实际的空气运动粘度，mm2 2/s/s。l l（2 2）空气温度、）空气温度、）空气温度、）空气温度、大气压力和热交换修正大气压力和热交换修正大气压力和热交换修正大气压力和热交换
35、修正l l式中式中式中式中K Kt t-温度修正系数；温度修正系数；温度修正系数；温度修正系数；l lK KB B-大气压力修正系数；大气压力修正系数；大气压力修正系数；大气压力修正系数；l lK KB B-热交换修正系数。热交换修正系数。热交换修正系数。热交换修正系数。l l Pa/m(2-3-4)(2-3-5)N No o118118式中式中 t-实际的空气温度，实际的空气温度，oc.l式中式中 B-实际的大气压力，实际的大气压力，kPa。lT-气流绝对温度，气流绝对温度，K；Tb-管壁绝对温度，管壁绝对温度，K。(2-3-7)(2-3-6)N No o119119（3）管壁粗糙度的修正）
36、管壁粗糙度的修正l在通在通风风空空调调正程中，常采用不同材料制作正程中，常采用不同材料制作风风管，各种材料的粗糙度管，各种材料的粗糙度K见见表表2-3-4。l当当风风管管壁的粗糙度管管壁的粗糙度K 0.15mm时时，可先由，可先由图查图查Rm0，再近似按下式修正。，再近似按下式修正。lKt管壁粗糙度修正系数；管壁粗糙度修正系数；K-管壁粗糙度，管壁粗糙度，mm。V-管内空气流速，管内空气流速，m/s。lPa/m(2-3-8)(2-3-9)N No o120120 矩形风管摩阻矩形风管摩阻按当量直径计算单位长度摩擦按当量直径计算单位长度摩擦l阻力。分阻力。分流速当量直径流速当量直径和和流量当量直
37、径流量当量直径两种。两种。l1）流速当量直径）流速当量直径l假设某一假设某一圆形风管圆形风管中的空气与中的空气与矩形风管矩形风管中的中的空气空气流速相等流速相等，并且两者的，并且两者的单位长度摩阻力单位长度摩阻力也相等也相等，则该，则该圆管的圆管的 直径就称为流速当量直直径就称为流速当量直径径，以，以DV表示。据此定义可推得为：表示。据此定义可推得为：N No o121121(2-3-10)根据矩形风管的流速当量直径根据矩形风管的流速当量直径Dv和实际流速和实际流速V，由图由图2-3-1查得的查得的Rm即为矩形风管的单位长度即为矩形风管的单位长度摩擦阻力。摩擦阻力。例例 有一表面光滑的砖砌风道
38、（有一表面光滑的砖砌风道（K=3mm），），横断面尺寸为横断面尺寸为500mm 400mm,流量流量L=1m3/s(3600m3/h)，求单位长度摩阻力。，求单位长度摩阻力。解解2-1 矩道风道内空气流速矩道风道内空气流速N No o122122由由V=5m/s、Dv=444mm查图查图2-3-1(P51)(P51)得得Rm0=0.62Pa/m粗糙度修正系数粗糙度修正系数N No o1231232002001.01.00.010.010.10.110010040040040004000管径管径管径管径404035351 180d80d流速流速流速流速30304444445 50.620.62R
39、 Rmm(Pa/m)(Pa/m)空气量空气量空气量空气量mm3 3/s/s图图2-3-1(P51)(P51)4504502)流量当量直径流量当量直径l l设某一圆形风管中的流量与矩形风管的设某一圆形风管中的流量与矩形风管的流量流量相等相等，并且，并且单位长度摩擦阻力也相等单位长度摩擦阻力也相等，则该，则该圆管的直径就称为矩形风管的圆管的直径就称为矩形风管的流量当量当量流量当量当量直径直径，以，以DL表示。根据推导，流量当量直径表示。根据推导，流量当量直径可近似按下式计算：可近似按下式计算：l l以流量当量直径以流量当量直径DL和矩形风管的流量和矩形风管的流量L，查图，查图2-3-1所得的单位长
40、度的摩擦阻力所得的单位长度的摩擦阻力Rm，即为矩，即为矩形风管的单位长度的摩擦阻力。形风管的单位长度的摩擦阻力。(2-3-11)N No o124124l l由由由由L=1mL=1m3 3/S/S、D DL L=487mm=487mm查图查图查图查图2-3-12-3-1得得得得R Rm0m0=0.61Pa/m=0.61Pa/mR Rmm=1.96=1.96 0.61=1.2 Pa/m0.61=1.2 Pa/m例例2-2 例例2-1改用流量当量直径求矩形风管改用流量当量直径求矩形风管l单位长度摩擦阻力。单位长度摩擦阻力。l解解 矩形风道的流量当量直径矩形风道的流量当量直径N No o125125
41、0.010.011.01.02002002002001.01.00.010.010.10.110010040040040004000管径管径管径管径404035351 180d80d流速流速流速流速30304474475 50.610.61R RmmPa/mPa/m空气量空气量空气量空气量mm3 3/s/s2.3.1.3 风管局部阻力计算风管局部阻力计算l l首先确定局部阻力系数首先确定局部阻力系数 和它对应的特征速和它对应的特征速度度V ，然后代入（，然后代入（2-2-3）式计算局部阻力。）式计算局部阻力。l l各种局部阻力系数各种局部阻力系数 通常查设计手册等确定。通常查设计手册等确定。各
42、种设备的局部阻力或局部阻力系数，由设各种设备的局部阻力或局部阻力系数，由设备生产厂提供。备生产厂提供。l l各管段摩擦阻力和局部阻力之和即为该管段各管段摩擦阻力和局部阻力之和即为该管段的阻力。各管段阻力计算完成后，应进行并的阻力。各管段阻力计算完成后，应进行并联管路的阻力平衡，以保证实际流量分配满联管路的阻力平衡，以保证实际流量分配满足要求。足要求。l l N No o1261262.3.1.4 并联管路的阻力平衡并联管路的阻力平衡l l为了保证各管路达到预期的风量，使并联支管为了保证各管路达到预期的风量，使并联支管的计算阻力相等，称为并联管路阻力平衡。对的计算阻力相等，称为并联管路阻力平衡。
43、对一般的通风系统，两支管的计算阻力差应不超一般的通风系统，两支管的计算阻力差应不超过过15%；含尘风管应不超过；含尘风管应不超过10%。若过上述规。若过上述规定，采用下述方法进行阻力平衡。定，采用下述方法进行阻力平衡。l l（1）调整支管管径）调整支管管径l l这种方法通过改变支管管径来调整支管阻力，这种方法通过改变支管管径来调整支管阻力，达到阻力平衡。调整后的管径按下式计算：达到阻力平衡。调整后的管径按下式计算：(2-3-12)N No o127127式中式中 D-调整后的管径；调整后的管径；l lD-原设计的管径，原设计的管径，mm;l l p-原设计的支管阻力，原设计的支管阻力，Pa;l
44、 l p-要求达到的支管阻力，要求达到的支管阻力，Pa。l l应当指出应当指出应当指出应当指出，采用本方法时，采用本方法时，采用本方法时，采用本方法时，不宜改变三通支管直径不宜改变三通支管直径不宜改变三通支管直径不宜改变三通支管直径，可在三通支管上可在三通支管上可在三通支管上可在三通支管上先增设一节渐扩（缩）管先增设一节渐扩（缩）管先增设一节渐扩（缩）管先增设一节渐扩（缩）管，l l以免引起三通局部阻力的变化。以免引起三通局部阻力的变化。以免引起三通局部阻力的变化。以免引起三通局部阻力的变化。l l（2）阀门调节）阀门调节l l通过通过改变阀门开度，调节阀门阻力改变阀门开度，调节阀门阻力，从理
45、论，从理论上讲是最简单易行的方法。但对一个多支管上讲是最简单易行的方法。但对一个多支管的通风的空调管网，是一项的通风的空调管网，是一项复杂复杂的技术工作。的技术工作。必须进行必须进行反复调整、测试反复调整、测试才能实现预期的流才能实现预期的流量分配。量分配。N No o1281282.3.1.5 计算系统的总阻力和获得管网特性计算系统的总阻力和获得管网特性曲线曲线l l最不利环路所有串联管段阻力（包括设备）最不利环路所有串联管段阻力（包括设备）之和，即为管网系统的总阻力之和，即为管网系统的总阻力 p。管网的特。管网的特性曲线为：性曲线为：l l p=SQ2 式中式中 S-管网阻抗，管网阻抗，k
46、g/s7;Q-管网总流量，管网总流量，m3/s。管网阻抗管网阻抗与与管网管网几何尺寸几何尺寸及管网及管网中的摩擦阻力中的摩擦阻力系数，局部阻力系数，流体密度有关系数，局部阻力系数，流体密度有关。当这。当这些因素不变时，管网阻抗些因素不变时，管网阻抗S为常数。根据计算为常数。根据计算的的(2-3-13)N No o129129的管网总阻力和要求的总风量的管网总阻力和要求的总风量Q，即可用，即可用l l式（式（2-3-14）计算管网阻抗，获得管网特性）计算管网阻抗，获得管网特性曲线。曲线。l l不计算管段阻力和管网总阻力，而先计算各不计算管段阻力和管网总阻力，而先计算各管段阻抗，再按如下串联管路的
47、阻抗关系计管段阻抗，再按如下串联管路的阻抗关系计算管网阻抗，也可获得管网特性曲线。算管网阻抗，也可获得管网特性曲线。l l管段管段i:(2-3-14)(2-3-15)N No o130130串联管路：串联管路：并联管路：并联管路：上述公式表明，管网中任一管段的有关参数变上述公式表明，管网中任一管段的有关参数变化，都会引起整个管网特性曲线的变化，从化，都会引起整个管网特性曲线的变化，从而改变管网总流量和管段的流量分配，这决而改变管网总流量和管段的流量分配，这决定了管网调整的复杂性。进一步从理论上可定了管网调整的复杂性。进一步从理论上可以证明，以证明，(2-3-16)(2-3-17)N No o1
48、31131管网设计时不作好阻力平衡，完全依靠阀门管网设计时不作好阻力平衡，完全依靠阀门l调节流量的作法难以奏效，尤其是并联管路调节流量的作法难以奏效，尤其是并联管路较多的管网。较多的管网。l获得管网特性曲线后即可结合动力设备（风获得管网特性曲线后即可结合动力设备（风机）的性能曲线匹配动力设备，具体匹配方机）的性能曲线匹配动力设备，具体匹配方法在第法在第7章介绍。章介绍。l2.3.1.6 计算例题计算例题l例例2-3 图图2-3-2所示的通风除尘管网。风管用所示的通风除尘管网。风管用钢板制作，输钢板制作，输l送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。l除尘器
49、阻力除尘器阻力 Pc=1200Pa。对该管网进行水力。对该管网进行水力N No o132132计算，获得管网特性曲线。计算，获得管网特性曲线。l l图图图图1 1L=11mL=11m2 23 3L=6mL=6mL=3mL=3m5 5L=4mL=4mL=6mL=6m4 47 7L=6mL=6m6 6L=8mL=8m圆形伞形罩圆形伞形罩圆形伞形罩圆形伞形罩1500m1500m3 3/s/s4000m4000m3 3/s/s800m800m3 3/s/s风机风机风机风机除尘器除尘器除尘器除尘器图图2-3-2 通风除尘系统的系统图通风除尘系统的系统图N No o133133解解：l1.对各管段进行编号
50、，标出管段长度和风点对各管段进行编号，标出管段长度和风点的排风量。的排风量。l2.选定最不利环路，本系统选择选定最不利环路，本系统选择1-3-5-除尘器除尘器-6-风机风机-7为最利环路。为最利环路。l3.根据各管段的风量及选定的流速，确定最根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路各管段的断面尺寸和单位长度摩擦不利环路各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。阻力。l根据表根据表2-2-3输送含有轻矿物粉尘的空气时，输送含有轻矿物粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管风管内最小风速为，垂直风管12m/s、水平风、水平风管管14m/s.N No o134134考虑到除尘器及风管漏风，取考虑到除尘