风系统水力计算

水力计算是通风系统设计计算的主要部分。它是在确定了系统的形式、设备布置、各送、排风点的位置及风管材料后进行的。

水力计算最主要的任务是确定系统中各管段的断面尺寸，计算阻力损失，选择风机。

3.2.1 水力计算方法

风管水力计算的方法主要有以下三种： (1)等压损法

该方法是以单位长度风道有相等的压力损失为前提条件，在已知总作用压力的情况下，将总压力值按干管长度平均分配给各部分，再根据各部分的风量确定风管断面尺寸，该法适用于风机压头已定及进行分支管路阻力平衡等场合。

(2)假定流速法

该方法是以技术经济要求的空气流速作为控制指标．再根据风量来确定风管的断面尺寸和压力损失．目前常用此法进行水力计算。

(3)静压复得法

该方法是利用风管分支处复得的静压来克服该管段的阻力，根据这的断面尺寸，此法适用于高速风道的水力汁算。

3.2.2水力计算步骤

现以假定流速法为例，说明水力计算的步骤：

(1)绘制系统轴测示意图，并对各管段进行编号，标注长度和风量。通常把流量和断面尺寸不变的管段划为一个计算管段。

(2)确定合理的气流速度

风管内的空气流速对系统有很大的影响。流速低，阻力小，动力消耗少，运行费用低，但是风管断面尺寸大，耗材料多，建造费用大。反之，流速高，风管段面尺寸小，建造费用低，但阻力大，运行费用会增加，另外还会加剧管道与设备的磨损。因此，必须经过技术经济分析来确定合理的流速，表3-2，表3-3，表3-4列出了不同情况下风管内空气流速范围。

表3-2 工业管道中常用的空气流速（m/s） 风速 靠近风机处建筑物类别 管道系统的部位 的极限流速 自然通风 机械通风 吸入空气的百叶窗 0－1.0 2－4 吸风道 1-2 2－6 支管及垂直风道 0.5-1.5 2－5 水平总风道 0.5-1.0 5－8 辅助建筑 10－12 近地面的进风口 0.2-0.5 0.2－0.5 近顶棚的进风口 0.5-1.0 1－2 0.5-1.0 近顶棚的排风口 1－2 排风塔 1-1.5 3－6 新鲜空气材料 总管 支管 室内进风口 室内回风口 入口 薄板材 6－14 2－8 1.5－3.5 2.5－3.5 5.5－6.5 砖、矿工业建筑 渣、石、水泥 4－12 2－6 1.5－3.0 2.0－3.0 5－6 矿渣混凝土 表3-3 除尘风道空气流速（m/s） 灰尘性质 垂直管 水平管 灰尘性质 垂直管 水平管 粉状的粘土和11 13 铁和铜（屑） 19 23 沙 耐火泥 14 17 灰土、砂尘 16 18 重矿物灰尘 轻矿物灰尘 干型砂 煤灰 湿土（2％以下） 铁和铜（尘末） 棉絮 水泥灰尘 14 12 11 10 15 13 8 8－12 16 14 13 12 18 锯屑、刨屑 大块干木屑 干微尘 染料灰尘 大块湿木屑 12 14 8 14－16 18 14 15 10 16－18 20 12 12 高速风管 推荐 最大 一般建筑 3 5 8.5 16.5 12.5 25 10 30 部位\\风速 新风入口 风机入口 风机出口 主风道 水平支风道 居住 2.5 3.5 5－8 3.5－4.5 3.0 15 谷物灰尘 10 10 麻（短纤维灰8 尘、杂质） 18－22 表3-4 空调系统中的空气流速（m/s） 低速风管 推荐风速 最大风速 公共 工业 居住 公共 工业 2.5 2.5 4.0 4.5 6 4.0 5.0 4.5 5.0 7.0 6.5－10 8－12 8.5 7.5－11 8.5－14 5－6.5 6－9 4－6 5.5－8 6.5－11 3.0－3.5－4.0－4－5 5－9 10 22.5 4.5 4.0 6.5 3.0－3.25－4.0－垂直支风道 2.5 4.0 5－8 4 22.5 3.5 4.0 6.0 1.5－2.0－3.0－送风口 1－2 3－4.0 3－5 3.5 3.0 5.0 ⑶由风量和流速确定最不利环路各管段风管断面尺寸，计算沿程损失、局部损失及总损失。计算时应首先从最不利环路开始，即从阻力最大的环路开始。确定风管断面尺寸时，应尽量采用通风管道的统一规格。

⑷其余并联环路的计算

为保证系统能按要求的流量进行分配，并联环路的阻力必须平衡。因受到风管断面尺寸的，对除尘系统各并联环路间的压损差值不宜超过10％，其他通风系统不宜超过15％，若超过时可通过调整管径或采用阀门来进行调节。调整后的管径可按下式确定

PD'DP'0.225 mm

式中 D'——调整后的管径，m； D一原设计的管径，m；

P——原设计的支管阻力，Pa； P'——要求达到的支管阻力，Pa。

需要指出的是，在设计阶段不把阻力平衡的问题解决，而一味的依靠阀门开度的调节,对多支管的系统平衡来说是很困难的，需反复调整测试。有时甚至无法达到预期风量分配，或出现再生噪声等问题。因此，我们一方面加强风管布置方案的合理性，减少阻力平衡的工作量，另一方面要重视在设计阶段阻力平衡问题的解决。

(5)选择风机

考虑到设备、风管的漏风和阻力损失计算的不精确，选择风机的风量，风压应按下式考虑考虑

LfKLL m3/h PfKfP Pa

3式中 Lf——风机的风量，m/h；

3 L——系统总风量，m/h； Pf——风机的风压，Pa； P——系统总阻力，Pa；

KL——风量附加系数，除尘系统KL＝1.1－1.5；一般送排风系统KL＝1.1；

Kp——风压附加系数，除尘系统Kp＝1.15－1.20；一般送排风系统Kp＝1.1-1.15

当风机在非标准状态下工作时，应对风机性能进行换算，在此不再详述．可参阅《流体力学及泵与风机》。

例3-3 如图3=10所示的机械排风系统，全部采用钢板制作的圆形风管，输送含有有害气体的空气(＝1．2m/kg)，气体温度为常温，圆形伞形罩的扩张角为60°，合流三通分支管夹角为30°，带扩压管的伞形风帽h/D0＝0.5，当地大气压力为92kPa，对该系统进行水力计算。

图3-10 机械排风系统图

解 1．对管段进行编号，标注长度和风量，如图示。

2．确定各管段气流速度，查表3-2有：工业建筑机械通风对于干管v＝6-14m/s；对于支管v＝2-8 m/s。

3．确定最不利环路，本系统①—⑤为最不利环路。

4．根据各管段风量及流速，确定各管段的管径及比摩阻，计算沿程损失，应首先计算最不利环路，然后计算其余分支环路。

如管段①，根据L＝1200 m3/h，v＝6－14 m/s

查附录2可得出管径D＝220mm，v＝9m／s，Rm＝4.5Pa/m 查图3-1有B＝0．91，则有Rm'0.914.54.1Pa/m PmRm'l4.11353.3Pa

也可查附录2确定管径后，利用内插法求出：v，Rm。

同理可查出其余管段的管径、实际流速、比摩阻，计算出沿程损失，具体结果见表3-5。 5．计算各管段局部损失

如管段①，查附录4有：圆形伞形罩扩张角60°，0.09，90°弯头2个，0.1520.3，合流三通直管段，见图3-10。

330°，查得0.76，0.090.30.761.15

其余各管段的局部阻力系数见表3-6。

1.292Pj1.1555. Pa

22同理可得出其余管段的局部损失，具体结果见表3-5。

6．计算各管段的总损失，结果见表3-5。

v2管段编号 流量L/ m3/h 管段长度l/m 管径流速D/ v/ mm/s m 220 280 360 400 400 200 200 200 160 9 9.6 9.4 10.6 10.6 8 11.9 13.0 12.3 比摩阻Rm/ Pa/m 4.5 3.9 2.7 3 3 4.1 9.5 11 13 表3-5 通风管道水力计算表 实际比动压局部阻力比摩阻修正摩阻 Pd/ Rm'/ 系数B 系数 Pa Pa/m 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91 0.91 4.1 3.55 2.46 2.73 2.73 3.73 8.7 10 11.83 48.6 55.3 53 67.4 67.4 38.4 85 101.4 90.8 1.15 0.81 1.08 0.3 0.6 0.03 0. 1.26 0.03 沿程损失局部损失管段总损失Pm/ Pa 53.3 21.3 14.76 30.03 40.95 33.57 78.3 100 106.4 Pj/ Pa 55. 44.79 57.24 20.22 40.44 1.2 54.4 127.8 2.7 P/ Pa 109.2 66.1 72.0 50.3 81.4 35.1 132.7 227.8 109.1 备注 1 2 3 4 5 6 7 8 6 最不利环路 1200 2100 3400 4900 4900 分支环路 900 1300 1500 900 13 6 6 11 15 9 9 10 9 与①平衡 与①＋②平衡 与①＋②＋③平衡 阻力平衡 表3-6 各管段局部损失系数统计表

管段 局部阻力名称、数量 圆形伞形罩（扩张角60°）1个 1 90°弯头（r/d2个 合流三通直管段 2 合流三通直管段 0.76 0.81 圆形伞形罩（扩张角60°）1个 90°弯头（r/d7 90°弯头（r/d4 2个 风机入口变径（忽略） 0.0 圆形伞形罩（扩张角60°）1个 90°弯头（r/d8 5 带扩散管伞形风帽（h/D00.5）1个 ⑴管段⑥和管段① 不平衡率 调整管径

1个 合流三通分支段 60°弯头（r/d1个 7．检查并联管路管道阻力损失的不平衡率

0.9 0.12 0.09 1个 合流三通分支段 0.4 0.09 管段 局部阻力名称、数量 圆形伞形罩（扩张角60°）1个 6 90°弯头（r/d1个 合流三通分支段 －0.21 0.09 0.09 2.0） 2.0） 3 合流三通直管段 1.08 2.0） 2.0） 风机入口变径（忽略） 0.0 2.0） 2.0）PD'DP'查附录2得

0.22535.1200109.20.225155mm

取D'160mm

D160mm v12.3m/s Rm13Pa/m

Rm'BRm0.911311.83Pa/m

F1F20.058m2 F30.062m2

查附录4，合流三通分支管阻力系数约为-0.21，

0.03

阻力计算结果见表3-5，P109.1Pa 不平衡率为 满足要求。

⑵管道⑦与管段①＋② 不平衡率为 若将管段⑦调至D7门调节。

⑶管段⑧与管段①＋②＋③ 不平衡率 满足要求。

8．计算系统总阻力

P1P6109.2109.10.1%15%

P1109.2180mm，不平衡率仍然超过15％，因此采用D7200mm，用阀

PPmPj15379 Pa

9．选择风机 风机风量Lf风机风压Pf机。

KL L1.149005390m3/h

KfP1.15379436 Pa，可根据Lf、Pf查风机样本选择风机，电动