通風管道系統設計計算第一頁，共75頁。定義：把符合衛生標準的新鮮空氣輸送到室內各需要地點，把室內局部地區或設備散發的污濁、有害氣體直接排送到室外或經凈化處理后排送到室外的管道。8.0概述分類：包括通風除塵管道、空調管道等。作用：把通風進風口、空氣的熱、濕及凈化處理設備、送(排)風口、部件和風機連成一個整體，使之有效運轉。設計內容：風管及其部件的布置；管徑的確定；管內氣體流動時能量損耗的計算；風機和電動機功率的選擇。設計目標：在滿足工藝設計要求和保證使用效果的前提下，合理地組織空氣流動，使系統的初投資和日常運行維護費用最優。第二頁，共75頁。通風除塵管道4風機1排風罩5風帽1排風罩2風管有害氣體室外大氣3凈化設備

如圖，在風機4的動力作用下，排風罩（或排風口）1將室內污染空氣吸入，經管道2送入凈化設備3，經凈化處理達到規定的排放標準后，通過風帽5排到室外大氣中。第三頁，共75頁。空調送風系統3風機1新風口室外大氣2進氣處理設備4風管5送風口室內

如圖，在風機3的動力作用下，室外空氣進入新風口1，經進氣處理設備2處理后達到衛生標準或工藝要求后，由風管4輸送并分配到各送風口5，由風口送入室內。第四頁，共75頁。8.1風管內氣體流動的流態和阻力8.1.1兩種流態及其判別分析

流體在管道內流動時，其流動狀態，可以分為層流、紊流。雷諾數既能判別流體在風道中流動時的流動狀態，又是計算風道摩擦阻力系數的基本參數。

在通風與空調工程中，雷諾數通常用右式表示：8.1.2風管內空氣流動的阻力產生阻力的原因：空氣在風管內流動之所以產生阻力是因為空氣是具有粘滯性的實際流體，在運動過程中要克服內部相對運動出現的摩擦阻力以及風管材料內表面的粗糙程度對氣體的阻滯作用和擾動作用。阻力的分類：摩擦阻力或沿程阻力；局部阻力第五頁，共75頁。1沿程阻力

空氣在任意橫斷面形狀不變的管道中流動時，根據流體力學原理，它的沿程阻力可以按下式確定：對于圓形截面風管，其阻力由下式計算：

單位長度的摩擦阻力又稱比摩阻。對于圓形風管，由上式可知其比摩阻為：

（8-5）（1）圓形風管的沿程阻力計算第六頁，共75頁。摩擦阻力系數λ與管內流態和風管管壁的粗糙度K/D有關圖8-1摩擦阻力系數λ隨雷諾數和相對粗糙度的變化第七頁，共75頁。

有關過渡區的摩擦阻力系數計算公式很多，一般采用適用三個區的柯氏公式來計算。它以一定的實驗資料作為基礎，美國、日本、德國的一些暖通手冊中廣泛采用。我國編制的《全國通用通風管道計算表》也采用該公式：

為了避免繁瑣的計算，可根據公式（8-5）和式（8-7）制成各種形式的表格或線算圖。附錄4所示的通風管道單位長度摩擦阻力線算圖，可供計算管道阻力時使用。運用線算圖或計算表，只要已知流量、管徑、流速、阻力四個參數中的任意兩個，即可求得其余兩個參數。（8-7）第八頁，共75頁。附錄4通風管道單位長度摩擦阻力線算圖第九頁，共75頁。

需要說明的是，附錄4的線算圖是是按過渡區的值，在壓力B0=101.3kPa、溫度t0=200C、空氣密度0=1.24kg/m3、運動粘度=15.06×10-6m2/s、壁粗糙度K=0.15mm、圓形風管、氣流與管壁間無熱量交換等條件下得的。當實際條件與上述不符時，應進行修正。1）密度和粘度的修正

2）空氣溫度和大氣壓力的修正

3）管壁粗糙度的修正

第十頁，共75頁。

有一通風系統，采用薄鋼板圓形風管（K=0.15mm），已知風量L＝3600m2/h（1m3/s）。管徑D＝300mm，空氣溫度t＝30℃。求風管管內空氣流速和單位長度摩擦阻力。=0.97解：查附錄4，得υ＝14m/s，＝7.68Pa/m

查圖8-2得，=0.97×7.68Pa/m=7.45Pa/m[例8-1]第十一頁，共75頁。2.矩形風管的沿程阻力計算

《全國通用通風管道計算表》和附錄4的線算圖是按圓形風管得出的，在進行矩形風管的摩擦阻力計算時，需要把矩形風管斷面尺寸折算成與之相當的圓形風管直徑，即當量直徑，再由此求得矩形風管的單位長度摩擦阻力。

所謂“當量直徑”，就是與矩形風管有相同單位長度摩擦阻力的圓形風管直徑，它有流速當量直徑和流量當量直徑兩種。

假設某一圓形風管中的空氣流速與矩形風管中的空氣流速相等，并且兩者的單位長度摩擦阻力也相等，則該圓風管的直徑就稱為此矩形風管的流速當量直徑。第十二頁，共75頁。（1）流速當量直徑假設某一圓形風管中的空氣流速與矩形風管中的空氣流速相等，并且兩者的單位長度摩擦阻力也相等，則該圓風管的直徑就稱為此矩形風管的流速當量直徑。第十三頁，共75頁。圓形風管Rs′和矩形風管的水力半徑Rs“必須相等。圓形風管的水力半徑

Rs′=D/4矩形風管的水力半徑

Rs"=ab/2（a+b）Rs′=Rs=D/4=ab/2（a+b）D=ab/2（a+b）=DvDv稱為邊長為a×b的矩形風管的流速當量直徑。如果矩形風管內的流速與管徑為Dv，的圓形風管內的流速相同，兩者的單位長度摩擦阻力也相等。因此，根據矩形風管的流速當量直徑Dv和實際流速v，由附錄查得的Rm

。即為矩形風管的單位長度摩擦阻力。第十四頁，共75頁。（2）流量當量直徑設某一圓形風管中的空氣流量與矩形風管的空氣流量相等，并且單位長度摩擦阻力也相等，則該圓形風管的直徑就稱為此矩形風管的流量當量直徑。流量當量直徑可近似按下式計算。

DL=1.37(ab)0.625/（a+b）0.25

以流量當量直徑DL和矩形風管的流量L，查附錄6所得的單位長度摩擦阻力Rm

，即為矩形風管的單位長度摩擦阻力第十五頁，共75頁。[解]矩道風道內空氣流速

1）根據矩形風管的流速當量直徑Dv和實際流速V，求矩形風管的單位長度摩擦阻力。

有一表面光滑的磚砌風道（K=3mm），橫斷面尺寸為500mm×400mm,流量L=1m3/s(3600m3/h)，求單位長度摩阻力。

[例8-2]第十六頁，共75頁。由V=5m/s、Dv=444mm查圖得Rm0=0.62Pa/m2001.00.010.11004004000管徑4035180流速3044450.62Rm(Pa/m)空氣量m3/s450粗糙度修正系數第十七頁，共75頁。由L=1m3/S、DL=487mm查圖2-3-1得Rm0=0.61Pa/mRm=1.96×0.61=1.2Pa/m2）用流量當量直徑求矩形風管單位長度摩擦阻力。

矩形風道的流量當量直徑0.011.02002001.00.010.11004004000管徑4035180流速3044750.61RmPa/m空氣量m3/s()()()()0.6250.250.6250.251.30.40.51.30.40.50.447LabDabm=+×=+=第十八頁，共75頁。2局部阻力

一般情況下，通風除塵、空氣調節和氣力輸送管道都要安裝一些諸如斷面變化的管件(如各種變徑管、變形管、風管進出口、閥門)、流向變化的管件（彎頭）和流量變化的管件(如三通、四通、風管的側面送、排風口)，用以控制和調節管內的氣流流動。流體經過這些管件時，由于邊壁或流量的變化，均勻流在這一局部地區遭到破壞，引起流速的大小，方向或分布的變化，或者氣流的合流與分流，使得氣流中出現渦流區，由此產生了局部損失。多數局部阻力的計算還不能從理論上解決，必須借助于由實驗得來的經驗公式或系數。局部阻力一般按下面公式確定：

局部阻力系數也不能從理論上求得，一般用實驗方法確定。在附錄5中列出了部分常見管件的局部阻力系數。第十九頁，共75頁。

局部阻力在通風、空調系統中占有較大的比例，在設計時應加以注意。減小局部阻力的著眼點在于防止或推遲氣流與壁面的分離，避免漩渦區的產生或減小漩渦區的大小和強度。下面介紹幾種常用的減小局部阻力的措施。減小局部阻力的措施（1）漸擴管和漸擴管幾種常見的局部阻力產生的類型：１、突變２、漸變

第二十頁，共75頁。３、轉彎處

４、分岔與會合θ2θ3123１３２θ1θ2第二十一頁，共75頁。（2）三通

圖8-4三通支管和干管的連接第二十二頁，共75頁。（3）彎管圖8-5圓形風管彎頭圖8-6矩形風管彎頭圖8-7設有導流片的直角彎頭（4）管道進出口圖8-8風管進出口阻力第二十三頁，共75頁。（5）管道和風機的連接圖8-9風機進出口管道連接第二十四頁，共75頁。8.2風管內的壓力分布8.2.1動壓、靜壓和全壓

空氣在風管中流動時，由于風管阻力和流速變化，空氣的壓力是不斷變化的。研究風管內壓力的分布規律，有助于我們正確設計通風和空調系統并使之經濟合理、安全可靠的運行。分析的原理是風流的能量方程和靜壓、動壓與全壓的關系式。Z2Z112根據能量守恒定律，可以寫出空氣在管道內流動時不同斷面間的能量方程（伯努利方程）。我們可以利用上式對任一通風空調系統的壓力分布進行分析第二十五頁，共75頁。8.2.2風管內空氣壓力的分布

把一套通風除塵系統內氣流的動壓、靜壓和全壓的變化表示在以相對壓力為縱坐標的坐標圖上，就稱為通風除塵系統的壓力分布圖。設有圖8-10所示的通風系統，空氣進出口都有局部阻力。分析該系統風管內的壓力分布。第二十六頁，共75頁。8.3通風管道的水力計算8.3.1風道設計的內容及原則風道的水利計算分設計計算和校核計算兩類。風道設計時必須遵循以下的原則：（1）系統要簡潔、靈活、可靠；便于安裝、調節、控制與維修。（2）斷面尺寸要標準化。（3）斷面形狀要與建筑結構相配合，使其完美統一。

第二十七頁，共75頁。8.3.2風道設計的方法風管水力計算方法1.假定流速法2.壓損平均法3.靜壓復得法目前常用的是假定流速法。第二十八頁，共75頁。通風管道的水力計算通風管道的水力計算是在系統和設備布置、風管材料、各送排風點的位置和風量均已確定的基礎上進行的。目的是，確定各管段的管徑(或斷面尺寸)和阻力，保證系統內達到要求的風量分配。最后確定風機的型號和動力消耗。在有的情況下，風機的風量、風壓已經確定，要由此去確定風管的管徑。風管水力計算方法有假定流速法、壓損平均法和靜壓復得法等幾種，目前常用的是假定流速法。第二十九頁，共75頁。8.3.3風道設計的步驟假定流速法風管水力計算的步驟。（1）繪制通風或空調系統軸測圖（2）確定合理的空氣流速（3）根據各管段的風量和選擇的流速確定各管段的斷面尺寸，計算最不利環路的摩擦阻力和局部阻力（4）并聯管路的阻力計算（5）計算系統的總阻力（6）選擇風機第三十頁，共75頁。假定流速法的特點是，先按技術經濟要求選定風管的流速，再根據風管的風量確定風管的斷面尺寸和阻力。假定流速法的計算步驟和方法如下，1．繪制通風或空調系統軸測圖，對各管段進行編號，標注長度和風量。管段長度一般按兩管件間中心線長度計算，不扣除管件(如三通、彎頭)本身的長度。2．確定合理的空氣流速風管內的空氣流速對通風、空調系統的經濟性有較大的影響。流速高，風管斷面小，材料耗用少，建造費用小，但是系統的阻力大，動力消耗增大，運用費用增加。對除塵系統會增加設備和管道的摩損，對空調系統會增加噪聲。第三十一頁，共75頁。3.管道壓力損失計算阻力計算應從最不利環路開始根據各風管的風量和選擇的流速確定各管段的斷面尺寸，計算摩擦阻力和局部阻力。確定風管斷面尺寸時，采用通風管道統一規格。袋式除塵器和靜電除塵器后風管內的風量應把漏風量和反吹風量計人。在正常運行條件下，除塵器的漏風率應不大于5％第三十二頁，共75頁。4.并聯管路的阻力平衡為了保證各送、排風點達到預期的風量，兩并聯支管的阻力必須保持平衡。對一般的通風系統，兩支管的阻力差應不超過15％；除塵系統應不超過10％。若超過上述規定，可采用下述方法使其阻力平衡。（1）調整支管管徑通過改變支管管徑，即改變支管的阻力，達到阻力平衡。第三十三頁，共75頁。（2）增大排風量當兩支管的壓力損失相差不大時(在20％以內)，可以不改變管徑，將壓力損失小的那段支管的流量適當增大，以達到壓力平衡。（3）增大支管的壓力損失閥門調節是最常用的一種增加局部壓力損失的方法，它是通過改變閥門的開度，來調節管道壓力損失的。5.風機選擇第三十四頁，共75頁。

[例8-3]圖8-11所示為某車間的振動篩除塵系統。采用矩形傘形排風罩排塵，風管用鋼板制作（粗糙度K＝0.15mm），輸送含有鐵礦粉塵的含塵氣體，氣體溫度為20℃。該系統采用CLSΦ800型水膜除塵器，除塵器含塵氣流進口尺寸為318mm×552mm，除塵器阻力900Pa。對該系統進行水力計算，確定該系統的風管斷面尺寸和阻力并選擇風機。

第三十五頁，共75頁。第三十六頁，共75頁。第三十七頁，共75頁。第三十八頁，共75頁。第三十九頁，共75頁。第四十頁，共75頁。第四十一頁，共75頁。第四十二頁，共75頁。第四十三頁，共75頁。第四十四頁，共75頁。第四十五頁，共75頁。第四十六頁，共75頁。第四十七頁，共75頁。【例題】有一通風除塵系統，風管全部用鋼板制作，管內輸送含有輕礦物粉塵的空氣，氣體溫度為常溫。各排風點的排風量和各管段的長度見圖所示。該系統采用袋式除塵器進行排氣凈化，除塵器壓力損失△P=1200Pa。對該系統進行設計計算。第四十八頁，共75頁。第四十九頁，共75頁。【解】1．對各管段進行編號，標出管段長度和各排風點的排風量。2．選定最不利環路，本系統選擇1-3-5-除塵器-6-風機-7為最不利環路。3．根據各管段的風量及選定的流速，確定最不利環路上各管段的斷面尺寸和單位長度摩擦阻力。輸送含有輕礦物粉塵的空氣時，風管內最小風速為，垂直風管12m／s、水平風管14m／s。考慮到除塵器及風管漏風，管段6及7的計算風量為6300×1.05=6615m3／h。第五十頁，共75頁。管段1

根據L1=1500m3／h(0.42m3)、vl=14m／s

查出管徑和單位長度摩擦阻力。所選管徑應盡量符合附錄8的通風管道統一規格。

D1=200mmRm1=12.5Pa／m

同理可查得管段3、5、6、7的管徑及比摩阻.4．確定管段2、4的管徑及單位長度摩擦阻力.5．查附錄7，確定各管段的局部阻力系數。第五十一頁，共75頁。(1)管段1

設備密閉罩ξ=1．0(對應接管動壓)900彎頭(R／D=1.5)一個ξ=0.17直流三通(1—3)根據Fl+F2≈F3

F2/F3=：(140／240)=0.292L2/L3=800/2300=0.347．查得ξ=0.20∑ξ=1.0+0.17+0.20=1.37

第五十二頁，共75頁。(3)管段3直流三通(3-5)根據F3+F4≈F5

F4/F5=：(280／380)2=0.54L4/L5=4000/6300=0.634查得ξ=-0.05(4)管段4設備密閉罩ξ=1合流三通(4-5)ξ=0.64∑ξ=1.0+0.17+0.64第五十三頁，共75頁。(5)管段5除塵器進口變徑管(漸擴管)除塵器進口300×800mm，變徑管長度500mmtgα=1/2(800-380)/500=0.42α=22.7ξ=0.60第五十四頁，共75頁。(6)管段6除塵器出口變徑管(漸縮管)除塵器出口尺寸300×800mm變徑管長度400mmtgα=1/2(800-420)/400=0.475α=25.4ξ=0.10900彎頭2個ξ=2×0.17=0.34風機進口漸擴管選風機，風機進口直徑D1=500mm,變徑管長度300mmtgα=1/2(500-420)/300=0.13α=7.60ξ=0.03∑ξ=0.1+0.34+0.03=0.47第五十五頁，共75頁。(7)管段7風機出口漸擴管風機出口尺寸410×315mmD7=420mmF7/F=1.07ξ=0帶擴散管的傘形風帽(h／D0=0.5)ξ=0.60∑ξ=0．60

第五十六頁，共75頁。6．計算各管段的沿程摩擦阻力和局部阻力。第五十七頁，共75頁。7．對并聯管路進行阻力平衡(1)匯合點Pl=298.5PaP2=179.7Pa

（Pl-P2

）/Pl=（298.5-179.7）/298.5=39.7％>10％為使管段l、2達到阻力平衡，改變管段2的管徑，增大其阻力。根據公式(6-16)D2′=D2(P2

／P2′)0.225=124.8mm

取D2′=130mm。其對應的阻力

P2′

=179.7（140/130）1/0.225=249.7Pa（Pl-P2′）/Pl=（298.5-249.7）/298.5=16.8％>10％第五十八頁，共75頁。(2)匯合點B

Pl+P3=298.5+54=352PaP4=362PaP4-（Pl+P3

）/P4=362-352.5/362=2.6％<10％符合要求

8．計算系統的總阻力

P=∑(Rml+Z)=298.5+54+99.2+58.6+87.8+1200=1798Pa第五十九頁，共75頁。9．選擇風機風機風量Lf=1.15L=1.15×6615=7607m3／h風機風壓Pf=1.15P=1.15×1798=2067Pa，第六十頁，共75頁。通風除塵系統風管壓力損失的估算在進行系統的方案比較或申報通風除塵系統的技術改造計劃時，對系統的總損失作粗略通風除塵系統風管壓力損失的估算。系統性質管道風速m/s風管長度m排風點個數壓力損失pa通風系統≤14302以上300~500≤14504以上350~400除塵系統16~1850≥61200~1400第六十一頁，共75頁。7l=3.7m風機8l=12m654321910L=5500m3/hL=2700m3/hL=2650m3/hl=4.2ml=5.5ml=5.5ml=6.2m通風除塵系統的系統圖l=5.4m除塵器

圖8-11所示為某車間的振動篩除塵系統。采用矩形傘形排風罩排塵，風管用鋼板制作（粗糙度K＝0.15mm），輸送含有鐵礦粉塵的含塵氣體，氣體溫度為20℃。該系統采用CLSΦ800型水膜除塵器，除塵器含塵氣流進口尺寸為318mm×552mm，除塵器阻力900Pa。對該系統進行水力計算，確定該系統的風管斷面尺寸和阻力并選擇風機。

第六十二頁，共75頁。8.4均勻送風管道設計計算

在通風、空調、冷庫、烘房及氣幕裝置中，常常要求把等量的空氣經由風道側壁（開有條縫、孔口或短管）均勻的輸送到各個空間，以達到空間內均勻的空氣分布。這種送風方式稱為均勻送風。均勻送風管道通常有以下幾種形式：（1）條縫寬度或孔口面積變化，風道斷面不變，如圖8-14所示。圖8-14風道斷面F及孔口流量系數不變，孔口面積變化的均勻吸送風吹出吸入從條縫口吹出和吸入的速度分布第六十三頁，共75頁。（2）風道斷面變化，條縫寬度或孔口面積不變，如圖8-15所示。圖8-15風道斷面F變化，孔口流量系數及孔口面積不變的均勻送風（3）風道斷面、條縫寬度或孔口面積都不變，如圖8-16所示。

風道斷面F及孔口面積不變時，管內靜壓會不斷增大，可以根據靜壓變化，在孔口上設置不同的阻體來改變流量系數。第六十四頁，共75頁。8.4.1均勻送風管道的設計原理

風管內流動的空氣，在管壁的垂直方向受到氣流靜壓作用，如果在管的側壁開孔，由于孔口內外靜壓差的作用，空氣會在垂直管壁方向從孔口流出。但由于受到原有管內軸向流速的影響，其孔口出流方向并非垂直于管壁，而是以合成速度沿風管軸線成角的方向流出，如圖8-17所示。ff0vjvdvf0圖8-17孔口出流狀態圖第六十五頁，共75頁。1.出流的實際流速和流向靜壓差產生的流速為：

空氣從孔口出流時，它的實際流速和出流方向不僅取決于靜壓產生的流速大小和方向，還受管內流速的影響。孔口出流的實際速度為二者的合成速度。速度的大小為：

利用速度四邊形對角線法則，實際流速的方向與風道軸線方向的夾角（出流角）為空氣在風管內的軸向流速為：第六十六頁，共75頁。2.孔口出流的風量對于孔口出流，流量可表示成：

孔口處平均流速：第六十七頁，共75頁。3.實現均勻送風的條件

要實現均勻送風需要滿足下面兩個基本要求：1）各側孔或短管的出流風量相等；2）出口氣流盡量與管道側壁垂直，否則盡管風量相等也