《风道设计》PPT课件.ppt

经过处理的送风和回风都必须通过风道才能进入和离开空调房间，而且空调房间的送、回风量能否达到设计要求，则完全取决于风道系统的压力分布以及风机在该系统中的平衡工作点。风道设计将直接影响空调房间气流组织和空调效果；同时空气在风道内流动所损失的能量，是靠风机消耗电能予以补偿的，所以风道设计也直接影响空调系统的经济性。风道系统的设计，是要在满足设计风量要求等的前提下，尽可能节省能量。,第七章 空调系统风道设计,第一节 风道内空气流动阻力,由于粘性和流体的相对运动，因而产生了内摩擦力。空气在风道流动过程中，就要克服这种阻力而消耗能量。由于流动惯性，特别是在风道边壁扰动的局部地区形成涡流，产生局部阻力，也要消耗能量。空气流动阻力：摩擦阻力和局部阻力在通风空调系统中，有时局部阻力占主要地位。,一、摩擦阻力摩擦阻力主要发生在流动边界层内。空气在风道内流动时，由于边壁上流体质点无滑动，故而从边壁开始形成一个边界层。边界层内存在较大的流速梯度，在流体流动时就产生了阻碍流体运动的内摩擦力。通常以单位体积流体的能量损失Pm表示：,摩擦阻力除了与流速有关外，还与摩擦阻力系数、水力半径Rs、以及空气温度有关。,(一)摩擦阻力系数摩擦阻力的关键在于确定摩擦阻力系数。对于层流，只与Re 数有关；对于紊流，与Re数及壁面粗糙度都有关，而且Re数不同，粗糙度影响程度也不一样。因此，不可能用统一的公式来计算任意情况下的摩擦阻力系数。根据实验研究结果，通常分流态、分区域给出不同的计算公式：,层流、紊流水力光滑区、紊流过渡区、紊流粗糙区：,（二）水力半径与矩形当量直径水力半径：定义为过流断面A与湿周P之比。湿周是指过流断面上的流体接触壁面的长度。对紊流，湿周的大小就反映了摩擦阻力的大小。在湿周相同、流速相等的条件下，过流量与过流断面积成正比，所以单位体积能量损失与过流断面成反比。即摩擦阻力与水力半径成反比。利用水力半径概念，不仅能方便地分析各种断面形状的风道阻力，而且可以很方便的导出非圆风道当量直径。流体力学中讨论的管道，大都是针对圆管而言，一些线算图也都是按圆管制作的。,但在空调系统中，也常采用矩形风道。为了将非圆风道折合为圆形风道进行计算，这里引出当量直径概念。所谓“矩形风道当量直径”，是指与矩形风道有相等单位长度摩擦阻力的圆形风道直径。当量直径分为流速当量直径和流量当量直径两种。1、流速当量直径Dv：设定某一圆形风道中的空气流速与矩形风道中的流速相等，并且单位长度摩擦阻力也相等，则该圆形风道直径称为此矩形风道的流速当量直径Dv。,2、流量当量直径设定某一圆形风道中空气流量与矩形风道中流量相等，并且单位长度摩擦阻力也相等，则该圆风道直径就称为此矩形风道的流量当量直径DL。水力粗糙管和水力光滑管：,在运用当量直径时，有两点需要注意：第一，当量直径概念用于紊流流动是合适的，用于层流则有较大误差。因为层流流速变化不都集中在边壁附近，摩擦力与湿周之间并非正比关系。条缝形风道运用当量直径时也会产生较大误差。第二，在利用线算图查摩擦阻力时，一定要注意对应关系：如用Dv时，必须用矩形风道中流速去查；如果用DL时，必须用矩形风道中流量去查。,(三)摩擦阻力的温度修正空气密度，运动粘性系数都与温度有关。故而摩擦阻力与温度有关。计算摩擦阻力的线算图，通常是按20制作的，所以对于其它温度条件，需要进行温度修正。,(四)单位长度摩擦阻力线算图为了避免繁琐计算，常将单位长度摩擦阻力Rm制成线算图。制作该图的条件是：圆形风道，空气温度20，按照紊流过渡区公式计算，线算图的左部分是风道粗糙度修正。,二、局部阻力在风道系统中，总要去装一些管件用以控制或调节风道内空气的流动。比较典型的管件：弯头，三通及变径管当空气流经管件时，由于流量大小和流动方向的改变，引起了流速的重新分布并产生涡流，由此产生的阻力，称为局部阻力。,影响局部阻力系数的因素：管件形状，壁面粗糙度及雷诺数。由于通风空调系统的空气流动大都处于非层流区，故可认为仅仅与管件形状有关。目前常用试验方法确定。各种各样管件的局部阻力系数值，在许多文献资料中都可查到。下面对三种典型管件的局部阻力系数阐述：,1、弯头空气流经弯头时，流向发生变化。由于气流惯性，则在边壁的尖角处发生边界层脱离而形成旋涡；因离心力作用，外侧压力大于内侧，外侧流速小于内侧，在外侧的减速增压区内也发生边界层脱离形成旋涡。,减小弯头的局部阻力，就必须设法减少形成旋涡的原因：加大曲率、弯道内设导流叶片,2.变径管空气流经变径管时，由于过流断面的变化而引起流速变化，在减速增压区产生边界层脱离并形成旋涡，造成局部阻力损失。,过流断面变化大，损失也愈大；要想减小阻力损失，就必须减小过流断面的变化，可以用渐变管来代替突然扩大和突然缩小管渐扩管和渐缩管。,3.三通三通形状是由总流与支流的夹角及其面积比这几个几何参数确定的，但三通的特征是它的流量前后有变化，因此，三通局部阻力系数不仅与几何形状有关，而且与流量比有关。三通有两个支管，所以有两个局部阻力系数，除特别注明对应各自的动压头外，一般都对应总压头。,合流三通：当直管内气流速度大于支管内气流速度时，会发生直管气流引射支管气流的现象，即流速大的直管损失能量，流速小的支管得到能量，因而支管的局部阻力系数出现负值。为了避免这种现象：可以设计成两个支管流速与总流流速相等；总管截面积等于支管面积之和。减少三通局部阻力的措施：减少支流与总流之间夹角，一般不大于30o，也可在三通内加设导流叶片。,查表,最后需要指出两点：查得局部阻力系数，必须与其对应动压相一致为避免局部阻力之间的互相干扰，两个管件之间必须保证有足够的设计距离，一般可取该距离大于三倍风道直径。,三、风道内空气流动阻力摩擦阻力与局部阻力之和,风道内的压力是指风道内空气所具有的全压，全压包括动压和静压两部份。空气在流动过程中要损失能量，所以风道内的空气总是从全压高的地方流向全压低的地方，即全压随着流动过程在变化。同时，当风道的过流断面或流量发生变化时，会引起动压和静压之间的相互转化，因此在整个风道系统中，形成了压力分布。研究这种分布，对于风道系统的设计和运行调节都有着重要的理论意义。压力分布线通常是以大气压力为基准(即取大气压力等于零)，并根据阻力计算结果进行绘制。,第二节 风管内的压力分布,一、仅有摩擦阻力的风道内压力分布线的绘制当风机未开动时，风道内空气动压为零，此时的静压等于全压，且等于大气压。当风机开动后，并忽略风道进口局部损失的情况方法：从进出口开始计算，向风机段吸排口靠拢,在计算出各截面的静压和全压以后，根据摩擦阻力与风道长度成正比关系，即可将各断面的相应压力连接成线，即为压力分布。,空气由静止变为流动，只能靠降低静压转化为动压来实现；以风机为界，吸入端压力为负，压出侧为正；两截面的全压差即为压力损失；截面面积相等时，可认为是靠静压克服的；风机压头为压出吸入的全压差，或等于风道总阻力，或风道阻力及出口动压之和。,二、兼有摩擦阻力和局部阻力时风道内压力分布,既有过流断面变化，也有风量变化；既有摩擦阻力，也有局部阻力，比较接近实际的风道系统。,风机压头等于风道系统总阻力和出口动压之和；风道分支处，不管分支有多少，其压力值只有一个，各并联支管的阻力总是相等；一般情况下，风机压出段的静压都是正值；如果风道过流断面收缩很大即过流断面很小时，静压也会出现负值。静压复得：流动速度减少的部件（截面变化、流量变化）,NEXT,两种类型：设计类型和校核类型设计类型是已知风道布置，风管长度及各管段风量，要求确定各段管径和选择风机。校核类型是已知各管段长度，管径及风机所能提供的压头，要求校核管段风量是否满足要求。两种类型的计算原理都一样，都是通过压力平衡来达到分配风量的目的。,第三节 风道的水力计算,一、风管设计原则1、风道断面尺寸要标准化 为了最大限度地利用板材，实现风管设计、制作、施工标准化、机械化和工厂化，风管的断面尺寸（直径或边长）系列化。2、压力损失平衡：各并联支管之间的计算压力损失差值应不大于15%。（调整管径）3、风管系统要简单、灵活与可靠、尽量减少局部管件 布置要尽可能短，避免复杂的局部构件，减少分支管。要便于安装、调节、控制与维修。4、风机风压：风道总压力损失的110115%；风量为总风量的110%。,NEXT,风道水力计算方法比较多，如假定流速法、压损平均法、静压复得法等。低速送风系统：假定流速法和当量长度法 高速送风系统：静压复得法,二、假定流速法 假定流速法也称为比摩阻法。先按技术经济要求选定风管的风速，再根据风管的风量确定风管的断面尺寸和阻力。这是低速送风系统目前最常用的一种计算方法。风道水力计算步骤 1确定空调系统风道形式，合理布置风道，并绘制风道系统轴测图，作为水力计算草图。2在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。管段长度一般按两管件中心线长度计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身的长度。3选定系统最不利环路，一般指最远或局部阻力最多的环路。NEXT,4根据造价和运行费用的综合最经济的原则，选择合理的空气流速。选定流速时，要综合考虑建筑空间，初投资和运行费及噪声等因素。风速选得大：风道断面小，消耗管材少，初投资省；但阻力大，运行费高，而且噪声也可能高。风速选得低：运行费低；但风道断面大，初投资大，占用空间也大。,5根据给定风量和选定流速，逐段计算管道断面尺寸，并使其符合矩形风管统一规格。然后根据选定了的断面尺寸和风量，计算出风道内实际流速。6计算风管的沿程阻力 根据L，v，D查单位长度摩擦阻力损失Rm，再根据管长l，计算出管段的摩擦阻力损失。7计算各管段局部阻力 局部阻力系数值，求出局部阻力损失。8计算系统的总阻力，P=（Rm l+Z）。9检查并联管路的阻力平衡情况。10根据系统的总风量、总阻力选择风机。,三、假定流速当量长度法 局部阻力的计算费时费力，将局部阻力计算转化为类似摩擦阻力计算将给设计计算带来方便。,不同的管径、不同流态的值，可事先做好，供查用。,四、静压复得法 静压复得法的含义，是当流体的全压一定时，风速降低，则静压增加，利用这部分“复得”的静压来克服下一段主干管道的阻力，以确定管道尺寸，从而保持各分支前的静压都相等，这就是静压复得法。此法适用于高速空调系统的计算。,B：静压复得系数三通本身的局部阻力要消耗一部分静压，使得动压的减少不可能完全转化为静压的增加。B总是小于1，大小与三通制作质量有关，0.5B0.9，设计时可取B=0.75。,(三)静压复得法的应用静压复得系数与速度平方变化成正比，在高速风道里，因风速大，复得静压多，在低速风道里则复得静压少，所以静压复得法适用于高速风道。用静压复得原理设计风道时，利用复得静压来克服下一段管道的阻力，因此各分支处的静压都相等，这就为实现各支管的分流量相同的均匀送风提供了可能，所以静压复得法适用于设计均匀送风管道。,第四节 均匀送风管道的设计计算,由风道侧壁的若干个孔口或管嘴送出等量的空气，这种风道称为均匀送风管道。均匀送风管道通常有两种形式，一种是风道断面变化，各侧孔的面积相等；另一种是风道断面不变，而改变各侧孔面积的大小。,一、均匀送风道的设计原理空气在风管内流动时，其静压垂直作用于管壁。当空气流经侧孔时，由于孔口内外的静压差，空气将从孔口出流。,首先要保证各侧孔出流量相等。其次要保证孔口出流方向尽量与风道壁面垂直。对于孔口面积相同的均匀送风管道，满足这两个要求的条件是各侧孔的静压差相等，各孔口的流量系数相等和尽量增大角。,1、保持各侧孔静压差相等的条件如果使两侧孔间的动压降等于两侧孔间阻力，则可保持两侧孔处风道内静压相等。,2、保持各侧孔流量系数相等的条件流量系数与孔口形状，出流角及孔口出流量与分流前风量之比有关。,3、尽量增大角从均匀送风考虑，希望愈大愈好。最好是=90（Vj/Vd=，这是不可能的）所以只能使得尽可能大，一般取60,二、均匀送风管道的计算方法准备工作：确定侧孔个数，侧孔间距和每个孔口出流量。任务：确定侧孔面积，送风管道断面尺寸以及管道阻力.计算步骤如下：根据房间对送风速度的要求，先拟定孔口平均速度V。，计算静压速度Vj及侧孔面积按照Vj/Vd 1.73 的原则设定Vd，求出第一孔口前管道断面1的尺寸或直径。计算管段1-2之阻力，求出第二断面处的pq2。根据pq2、pd2算出第二孔口前管道断面的直径。依此类推。,第五节 风道设计的基本知识 一、风道的布置原则 风道布置直接关系到空调系统的总体布置，它与工艺、土建、电气、给排水等专业关系密切，应相互配合、协调一致。1、空调系统的风道在布置时应考虑使用的灵活性。当系统服务于多个房间时，可根据房间的用途分组，设置各个支风道，以便于调节。2、风道的布置应根据工艺和气流组织的要求，可以采用架空明敷设，也可以暗敷设于地板下、内墙或顶棚中。,3、风道的布置应力求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件应安排得当，管件与风管的连接、支管与干管的连接要合理，以减少阻力和噪声。4、风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计、风量测定孔、采样孔等）或预留安装测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作和观察的地方。5、风道布置应最大限度地满足工艺需要，并且不妨碍生产操作。6、风道布置应在满足气流组织要求的基础上，达到美观、实用的原则。,二、风管材料的选择 材料：薄钢板、硬聚氯乙烯塑料板、玻璃钢板、胶合板、铝板、砖及混凝土等。需要经常移动的风管，则大多采用柔性材料制成各种软管，如塑料软管、金属软管、橡胶软管等。薄钢板有普通薄钢板和镀锌薄钢板两种。钢板厚度，一般采用0.51.5mm左右。对于有防腐要求的空调工程，可采用硬聚氯乙烯塑料板或玻璃钢板制作的风管。仅限于室内应用，且流体温度不可超过-10+60。以砖、混凝土等材料制作风管，主要用于与建筑、结构相配合的场合。,三、风管断面形状的选择 风管断面形状有圆形和矩形两种。圆形断面的风管强度大、阻力小、消耗材料少，但加工工艺比较复杂，占用空间多，布置时难以与建筑、结构配合，常用于高速送风的空调系统；矩形断面的风管易加工、好布置，能充分利用建筑空间，弯头、三通等部件的尺寸较圆形风管的部件小。,为了节省建筑空间，布置美观，一般民用建筑空调系统送、回风管道的断面形状均以矩形为宜。但当矩形风管的截面积一定时，当宽高比大于8:1时，风管比摩阻增大，因此矩形风管的宽高比一般不大于4:1，最多取到6:1。,