管道阻力损失计算

管道阻力损失计算

管道的阻力计算

风管内空气流动的阻力有两种，一种是由于空气木身的粘滞性与 其与管壁间的摩擦而产生的沿程能量损失，称为摩擦阻力或沿程阻 力；另一种是空气流经风管中的管件与设备时，由于流速的大小和方 向变化以与产生涡流造成比较集中的能量损失，称为局部阻力。通常 直管中以摩擦阻力为主，而弯管以局部阻力阻力为主（图6-1-1） o

直管以摩擦阻力为主，弯头处島部阻力大

图6-1-1

（一）摩擦阻力

直管与弯管

1. 圆形管道摩擦阻力的计算

根据流体力学原理，空气在横断面形状不变的管道内流动时的摩 擦阻力按下式计算：

对于圆形风管，摩擦阻力计算公式可改为:

（6-1一1）

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管道阻力损失计算

Pa

（6-1一2）

圆形风管单位长度的摩擦阻力(又称比摩阻)为:

Palm

(6-1-3)

以上各式中

入一一摩擦阻力系数；

V ---- 风秘内空气的平均流速，m/s； P ----- 空气的密度，kg/m3； 1一一风管长度，m；

Rs——风管的水力半径，m；

f——管道中充满流体部分的横断而积，m2；

P——湿周，在通风、空调系统中即为风管的周长，m； D——圆形风管直径，mo

摩擦阻力系数入与空气在风管内的流动状态和风管管壁的粗糙 度有关。在通风和空调系统中，薄钢板风管的空气流动状态大多数属 于紊流光滑区到粗糙区之间的过渡区。通常，高速风管的流动状态也 处于过渡区。只有流速很高、表而粗糙的砖、混凝土风管流动状态才 属于粗糙区。计算过渡区摩擦阻力系数的公式很多，下面列出的公式 适用范围较大，在目前

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得到较广泛的采用：

]_ f 疋 2.51 ]

矿-2恃（6一1

-4）

式中 K——风管内壁粗糙度，mm；

D ---- 风管直径，mm。

进行通风管道的设计时，为了避免烦琐的计算，可根据公式

（6-1-3）和（6-1-4）制成各种形式的计算表或线解图，供计算管道 阻力

时使用。只要己知流量、管径、流速、阻力四个参数中的任意两 个，即可利用线解图求得其余的两个参数。线解图是按过渡区的X 值,在压力

B0=101. 3kPa> 温度 tO二20°C、宽气密度 P 0=1. 204kg/m3^ 运动粘度v0

二15. 06X10-6m2/s、管壁粗糙度K二0. 15mm、圆形风管等 条件下得出的。当实际使用条件下上述条件不相符时，应进行修正。

（1） 密度和粘度的修正

心「5（刃久）妙（卩他严PE

（6-1~5）

式中 Rm——实际的单位长度摩擦阻力，Pa/m；

Rmo——图上查出的单位长度摩擦阻力，Pa/m； P ----- 实际的空气密度，kg/m3；

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v——实际的空气运动粘度，m2/so

（2） 空气温度和大气压力的修正

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Rw = KTK£RKC Palm

(6-1-6)

式中

Kt——温度修正系数。 KB——大气压力修正系数。 273 + 20 V825 273 +Z }

(6-1-7)

式中 t——实际的空气温度，°C。

K£ = (5/101. 3)OS

(6-1-8)

式中

B——实际的大气压力，kPao

(3) 管壁粗糙度的修正

在通风空调工程中，常采用不同材料制作风管，各种材料的粗糙见表6-1-lc

当风管管壁的粗糙度KHO. 15mm时，可按下式修正。

Rm=KrRmo

Pa/m

(6-1-9)

Kr= (Kv)

0. 25

(6-1-10)

式中

Kr——管壁粗糙度修正系数； K——管壁粗糙度，mm；

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度K

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管内空气流速，m/so

表6-1-1 各种材料的粗糙度K

风管材料 粗糙度(mm) 薄钢板或镀锌薄钢板

0. 15 〜0. 18

塑料板

0. 01 〜0. 05

矿渣石膏板

1. 0

矿渣混凝土板

1.5

胶合板

1.0

砖砌体

3〜6

混凝土

1〜3

木板

0.2 〜1.0

2. 矩形风管的摩擦阻力计算

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上述计算是按圆形风管得出的，要进行矩形风管计算，需先把矩 形风管断而尺寸折算成相当的圆形风管直径，即折算成当量直径。再 由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。

所谓“当量直径”，就是与矩形风管有相同单位长度摩擦阻力的 圆形风管直径，它有流速当量直径和流量当量直径两种。

(1) 流速当量直径

假设某一圆形风管中的空气流速与矩形风管中的空气流速相等， 并且两者的单位长度摩擦阻力也相等，则该圆风管的直径就称为此矩 形风管的流速当量直径，以Dv表示。根据这一定义，从公式(6-1-1) 可以看出，圆形风管和矩形风管的水力半径必须相等。

圆形风管的水力半径

矩形风管的水力半径

2 5

2@+可

令

D _ ab 「2(4+3) 则

a十&

(6-1-11)

v

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Dv称为边长为aXb的矩形风管的流速当量直径。

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(2) 流量当量直径

设某一圆形风管中的空气流量与矩形风管的空气流量相等，并且 单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风管的直径就称为此矩形风管的 流量当量直径，以DL表示。根据推导，流量当量直径可近似按下式 计算。

—爲严

(6-1-12)

必须指出，利用当量直径求矩形风管的阻力，要注意其对应关系: 采用流速当量直径时，必须用矩形风管中的空气流速去查出阻力；采 用流量当量直径时，必须用矩形风管中的空气流量去查岀阻力。用两 种方法求得的矩形风管单位长度摩擦阻力是相等的。

3. 摩擦阻力的转换计算式

在实际设计计算中，一般将上述摩擦阻力计算式作一定的变

换，使其变为更直观的表达式.目前有如下两种变换方式：

(1)比摩阻法

Palm

称Rm为比摩阻，Pa/m,其意义是单位长度管道的摩擦阻力。

这样摩擦阻力计算式则变换成下列表达式:

號=Z

(6-1-13)

为了便于工程设计计算，人们对Rm的确定己作出了线解图， 设

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计时只需根据管内风量、管径和管壁粗糙度由线解图上即可查出 Rm值，这样就很容易由上式算出摩擦阻力。

（2）综合摩擦阻力系数法

L为管内风量，f为管道断而积。将■代入摩擦阻

管内风速 力计算式：

令

Km - • J

则摩擦阻力计算式变换为下列表达式：

（6-1~14）

称Km为综合摩擦阻力系数，N・S2/m8o

采用电二啓计算式更便于管道系统的分析与风机的选 择，因此，在管网

系统运行分析与调节计算时，多采用该计算式。

（二）局部阻力的计算

当空气流过断面变化的管件（如各种变径管、风管进出口、阀门）、 流向变化的管件（弯头）和流量变化的管件（如三通、四通、风管 的侧而送、排风口）都会产生局部阻力。

局部阻力按下式计算

(6-1-15)

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式中歹一一局部阻力系数。

局部阻力系数一般用实验方法确定。实验时先测出管件前后的全

压差(即局部阻力Z),再除以与速度v相应的动压2 ,求得局部 阻力系数$值。有的还整理成经验公式。计算局部阻力时，必须注意 &值所对应的气流速度。

由于通风、空调系统中空气的流动都处于自模区，局部阻力系数占只 取决于管件的形状，一般不考虑相对粗糙度和雷诺数的影响。

局部阻力在通风、空调系统中占有较大比例，在设计时应加以注 意，为了减小局部阻力，通常采取以下措施：

(1) 避免风管断面的突然变化。

(2) 减少风管的转弯数量，尽可能增大转弯半径。

图6-1-2管道弯头

如图6-1-2。布置管道时，应尽量以直线，减少弯头。圆形风管 弯头的

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曲率半径一般大于（1〜2）倍管径；矩形风管弯头断面的长度 比（B/A）愈大，阻力愈小。在民用建筑中，常采用矩形直角弯头， 应在其中设导流片。

（3）三通汇流要防止出现引射现象，尽可能做到各分支管内流速 相等.

分支管道中心线夹角要尽可能小，一般要求不大于30°。

如图6-l-3o三通内流速不同的两股气流汇合时的碰撞，以与气 流速度改变时形成涡流是造成局部阻力的原因。两股气流在汇合过程 中的能量损失一般是不相同的，它们的局部阻力应分别计算。

合流三通内直管的气流速度大于支管的气流速度时，会发生直管 气流引射支管气流的作用，即流速大的直管气流失去能量，流速小的 支管气流得到能量，因而支管的局部阻力有时出现负值。同理，直管 的局部阻力有时也会出现负值。但是，不可能同时为负值。必须指岀, 引射过程会有能量损失，为了减小三通的局部阻力，应避免出现引射 现象。

为减小三通的局部阻力，还应注意支管和干管的连接，减小其夹 角。同时还应尽量使支管和干管内的流速保持相等。

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图6-1-3 三通

(4) 降低排风口的出口流速，减少岀口的动压损失。

通风排气如不需要通过大气扩散进行稀释，应降低排风立管的出 口流速，以减小出口动压损失。女口图6-1-4所示。

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图6-1-4 动能回收型风管出口

(5)通风系统各部件与设备之间的连接要合理，风管

布置要合理， 尽量避免在接管处产生局部涡流(图6-1-5) o

图6-1-5风管布置

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