完整版管道阻力的基本计算方法doc.docx
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完整版管道阻力的基本计算方法doc
管道阻力计算
空气在风管内的流动阻力有两种形式：
一是由于空气本身的黏滞性以及空气与管壁间的
摩擦所产生的阻力称为摩擦阻力；另一是空气流经管道中的管件时（如三通、弯头等），流速的大小和方向发生变化，由此产生的局部涡流所引起的阻力，称为局部阻力。
一、摩擦阻力
根据流体力学原理，空气在管道内流动时，单位长度管道的摩擦阻力按下式计算：
v2
Rm
4Rs
2
（5—3）
式中Rm——单位长度摩擦阻力，Pa／m；
υ——风管内空气的平均流速，m／s；
ρ——空气的密度，kg／m3；
λ——摩擦阻力系数；
Rs——风管的水力半径，m。
对圆形风管：
Rs
D
4
（5—4）
式中
D——风管直径，m。
对矩形风管
Rs
ab
2（a
b）
（5—5）
式中
a，b——矩形风管的边长，m。
因此，圆形风管的单位长度摩擦阻力
Rm
v2
D2
（5—6）
摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管内壁的粗糙度有关。
计算摩擦阻力系
数的公式很多，美国、日本、德国的一些暖通手册和我国通用通风管道计算表中所采用的公
式如下：
1
2lg（
K
2.51
）
3.7D
Re
（5—7）
式中
K——风管内壁粗糙度，
mm；
Re——雷诺数。
Re
vd
（5—8）
式中υ——风管内空气流速，m／s；
d——风管内径，m；
ν——运动黏度，m2／s。
在实际应用中，为了避免烦琐的计算，可制成各种形式的计算表或线解图。
图5—2是
计算圆形钢板风管的线解图。
它是在气体压力B＝101．3kPa、温度t=20℃、管壁粗糙度K
＝0．15mm等条件下得出的。
经核算，按此图查得的Rm值与《全国通用通风管道计算表》
查得的λ／d值算出的Rm值基本一致，其误差已可满足工程设计的需要。
只要已知风量、
管径、流速、单位摩擦阻力4个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余两个参数，计算
很方便。
图5—2
圆形钢板风管计算线解图
[例]有一个10m长薄钢板风管，已知风量L＝2400m3／h，流速υ＝16m／s，管壁粗
糙度K＝0．15mm，求该风管直径d及风管摩擦阻力R。
解利用线解图5—2，在纵坐标上找到风量L＝2400m3／h，从这点向右做垂线，与流
速υ＝16m／s的斜线相交于一点，在通过该点表示风管直径的斜线上读得d＝230mm。
再
过该点做垂直于横坐标的垂线，在与表示单位摩擦阻力的横坐标交点上直接读得Rm＝
13．5Pa／m。
该段风管摩擦阻力为：
R＝Rml＝13．5×10Pa＝135Pa
无论是按照《全国通用通风管道计算表》，还是按图5—2计算风管时，如被输送空气的温度不等于20℃，而且相差较大时，则应对R。
值进行修正，修正公式如下：
Rm'
RmKt
（5—9）
式中Rm'
——在不同温度下，实际的单位长度摩擦阻力，
Pa；
Rm——按20℃的计算表或线解图查得的单位摩擦阻力，
Pa；
Kt——摩擦阻力温度修正系数，如图5—3所示。
图5—3
摩擦阻力温度修正系数
钢板制的风管内壁粗糙度K值一般为0．15mm。
当实际使用的钢板制风管，其内壁粗
糙度K值与制图表数值有较大出入时，由计算图表查得的单位摩擦阻力Rm值乘以表5—3
中相应的粗糙度修正系数。
表中υ为风管内空气流速。
表5—3管壁粗糙度修正系数
对于一般的通风除尘管道，粉尘对摩擦阻力的影响很小，例如含尘浓度为所增大的摩擦阻力不超过2％，因此一般情况下可忽略不计。
50g／m3时，
二、局部阻力
各种通风管道要安装一些弯头、三通等配件。
流体经过这类配件时，由于边壁或流量的改变，引起了流速的大小、方向或分布的变化，由此产生的能量损失，称为局部损失，也称
局部阻力。
局部阻力主要可分为两类：
①流量不改变时产生的局部阻力，如空气通过弯头、渐扩管、渐缩管等；②流量改变时所产生的局部阻力，如空气通过三通等。
局部阻力可按下式计算：
2
Z
（5—10）
2
式中Z——局部阻力，Pa；
ξ——局部阻力系数，见表5—4；
υ——空气流速，m／s；
ρ—空气密度，kg／m3。
上式表明，局部阻力与其中流速的平方成正比。
局部阻力系数通常都是通过实验确定的。
可以从有关采暖通风手册中查得。
表5—4列出了部分管道部件的局部阻力系数值。
在计算
通风管道时，局部阻力的计算是非常重要的一部分。
因为在大多数情况下，克服局部阻力而
损失的能量要比克服摩擦阻力而损失的能量大得多。
所以，在制作管件时，如何采取措施减少局部阻力是必须重视的问题。
表5—4常见管件局部阻力系数
下面通过分析几种常见管件产生局部阻力的原因，提出减少局部阻力的办法。
1．三通
图5—4为一合流三通中气流的流动情况。
流速不同的1、2两股气流在汇合时发生碰撞，
以及气流速度改变时形成涡流是产生局部阻力的原因。
三通局部阻力的大小与分支管中心夹
角、三通断面形状、支管与总管的面积比和流量比（即流速比）有关。
图5—4合流三通中气流流动状态
为了减少三通局部阻力，分支管中心夹角。
应该取得小一些，一般不超过
30°。
只有
在安装条件限制或为了平衡阻力的情况下，
才用较大的夹角，但在任何情况下，都不宜做成
垂直的“T”形三通。
为了避免出现引射现象，应尽可能使总管和分支管的气流速度相等，
即按υ3
1
2
来确定总管和分支管的断面积。
这样，风管断面积的关系为：
3
1
2
＝υ
=υ
F
＝F+F。
2．弯头
当气流流过弯头时（见图5—5），由于气流与管壁的冲击，产生了涡流区Ⅰ；又由于气流的惯性，使边界层脱离内壁，产生了涡流区Ⅱ。
两个涡流区的存在，使管道中心处的气流速
度要比管壁附近大，因而产生了旋转气流。
涡流区的产生和气流的旋转都是造成局部阻力的原因。
图5—5
弯头中气流流动状况
实验证明，增大曲率半径可以使弯头内的涡流区和旋转运动减弱。
也不宜太大，以免占用的空间过大，一般取曲率半径R等于弯头直径的
况下，都不宜采用90°的“Г”形直角弯头。
3．渐缩或渐扩管
但是弯头的曲率半径
1～2倍。
在任何情
渐缩或渐扩管的局部阻力是由于气流流经管件时，断面和流速发生变化，使气流脱离管
壁，形成涡流区而造成的。
图5—6是渐扩管中气流的流动状况，
图5—6渐扩管中气流流动状况
实验证明，渐缩或渐扩管中心角。
越大，涡流区越大，能量损失也越大。
为了减少渐缩、渐扩管的局部阻力，必须减小中心角α，缓和流速分布的变化，使涡流区范围缩小。
通常中
心角。
不宜超过45°。
三、系统阻力
整个通风除尘系统的阻力称为系统阻力，它包括吸尘罩阻力、风管阻力、除尘器阻力和出口动压损失4部分。
四、通风管道的压力分布
图5—7所示为一简单通风系统，其中没有管件、吸尘罩和除尘器，假定空气在进口A和出口C处局部阻力很小，可以忽略不计，系统仅有摩擦阻力。
图5—7仅有摩擦阻力的风管压力分布
按下列步骤可以说明该风管压力分布。
（1）定出风管中各点的压力。
风机开动后，空气由静止状态变为运动状态。
因为风管断面不变，所以各点（断面）的空气流速相等，即动压相等。
各点的动压分布分别为：
[点A]
[点B]
全压空气从点A流至点月时要克服风管的摩擦阻力，所以点B的全压（即风机吸入口
的全压）为：
式中Rm——风管单位长度摩擦阻力，Pa／m；
l1——从点A至点B的风管长度，m。
由式（5—11）可以看出，当风管内空气流速不变时，风管的阻力是由降低空气的静压来克服的。
[点C]
当空气排入大气时，这一能量便全部消失在大气中，称为风管出口动压损失。
[点B′]
空气由点B′流至点C需要克服摩擦阻力Rml2，所以：
（2）把以上各点的数值在图上标出，并连成直线，即可绘出压力分布图。
如图5—7所示。
风机产生的风压Hf等于风机进、出口的全压差，即
从风管压力分布图和计算结果可以给人们以下启示。
①风机产生的风压等于风管的阻力及出口动压损失之和，亦即等于系统阻力。
换句话说，系统的阻力是由风机产生的风压来克服的。
对于包括有管件、吸尘罩和除尘器的复杂系统，
系统阻力中还包括这些部件和设备的阻力。
②风机吸入段的全压和静压都是负值，风机压出段的全压和静压一般情况下均是正值。
因此，风管连接处不严密时，会有空气漏人和逸出。
前者影响吸尘效果，后者影响送风效果或造成粉尘外逸。
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