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 近顶棚的排风口 0.5-1.0 1－2 排风塔 1-1.5 3－6 室内进风室内回风新鲜空气材料 总管 支管 口 口 入口 薄板材 6－14 2－8 1.5－3.5 2.5－3.5 5.5－6.5 工业建筑 砖、矿渣、石、水泥 矿渣混凝土 4－12 2－6 1.5－3.0 2.0－3.0 5－6

表3-3 除尘风道空气流速（m/s）

灰尘性质 粉状的粘土和沙 耐火泥 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 垂直管 11 14 14 12 11 10 15 13 水平管 13 17 16 14 13 12 18 15 灰尘性质 铁和铜（屑） 灰土、砂尘 锯屑、刨屑 大块干木屑 干微尘 染料灰尘 大块湿木屑 谷物灰尘 垂直管 19 16 12 14 8 14－16 18 10 水平管 23 18 14 15 10 16－18 20 12 8 10 麻（短纤维灰8 12 8－12 18－22 尘、杂质） 表3-4 空调系统中的空气流速（m/s） 低速风管 高速风管 部位\\风速 推荐风速 最大风速 推荐 最大 居住 公共 工业 居住 公共 工业 一般建筑 新风入口 2.5 2.5 2.5 4.0 4.5 6 3 5 风机入口 3.5 4.0 5.0 4.5 5.0 7.0 8.5 16.5 6.5－8.5－风机出口 5－8 8－12 8.5 7.5－11 12.5 25 10 14 3.5－主风道 5－6.5 6－9 4－6 5.5－8 6.5－11 10 30 4.5 3.0－3.5－4.0－水平支风道 3.0 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限制，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

式中 Lf——风机的风量，m3/h； L——系统总风量，m3/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(＝1．2m3/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。

31500 m /h⑧310m4900 m /h⑤15m31200 m /h①13m32100 m /h②6m33400 m /h③6m34900 m /h④11m31300 m /h9m⑦3900 m /h⑥9m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。

F2200L29000.510.43L32100 F3280

F1240.2220.038F2

40.220.031

F3430°，查得0.76，0.090.30.761.15 1.292Pj1.1555.89 Pa

220.2820.062

F1F2F3

其余各管段的局部阻力系数见表3-6。

v2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。

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 0.64 1.26 0.03 沿程损失局部损失管段总损失P/ Pa 109.2 66.1 72.0 50.3 81.4 35.1 132.7 227.8 109.1 备注 Pm/ Pa 53.3 21.3 14.76 30.03 40.95 33.57 78.3 100 106.4 Pj/ Pa 55.89 44.79 57.24 20.22 40.44 1.2 54.4 127.8 2.7 1 2 3 4 5 6 7 8 6 最不利环路 1200 13 2100 6 3400 6 4900 11 4900 15 分支环路 900 9 1300 1500 900 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 90°弯头（r/d2.0）1 2个 合流三通直管段 2 合流三通直管段 0.76 0.09  管段 局部阻力名称、数量 圆形伞形罩（扩张角60°）1个 90°弯头（r/d2.0） 1个 合流三通分支段 圆形伞形罩（扩张角60°）1个 90°弯头（r/d2.0） 0.09  0.152 6 0.151 －0.21 1.15 0.81 0.03 0.09 3 合流三通直管段 1.08 7 0.151 1个 合流三通分支段 0.4 90°弯头（r/d2.0） 2个 4 风机入口变径（忽略） 0.152 0.0 圆形伞形罩（扩张角60°）1个 90°弯头（r/d2.0） 8 1个 合流三通分支段 60°弯头0.64 0.09 0.3 风机入口变径（忽略） 0.0 0.151 0.9 0.12 5 带扩散管伞形风帽（h/D00.5）1个 0.61 （r/d2.0）1个 0.6 1.26 7．检查并联管路管道阻力损失的不平衡率 ⑴管段⑥和管段① 不平衡率

P1P6109.235.1100%100%67.9%15%P1109.2

调整管径

PD'DP'0.22535.1200109.20.225155mm

取D'160mm 查附录2得

D160mm v12.3m/s Rm13Pa/m Rm'BRm0.911311.83Pa/m

F1F20.058m2 F30.062m2 F1F2F3

查附录4，合流三通分支管阻力系数约为-0.21，阻力计算结果见表3-5，P109.1Pa 不平衡率为

0.03

P1P6109.2109.10.1%15%

P1109.2满足要求。

⑵管道⑦与管段①＋② 不平衡率为

P1P2P7175.3132.724.4%15%

若将管段⑦调至D7180mm，不平衡率仍然超过15％，因此采用D7200mm，用阀门调节。

⑶管段⑧与管段①＋②＋③ 不平衡率

P12175.3P1P2P3P8247.3227.87.9%15%P1P2P3247.3

满足要求。

8．计算系统总阻力

PPmPj15379 Pa

9．选择风机

3风机风量LfKL L1.149005390m/h

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