一、风管内的静压、动压、全压
管道中的气体,处在静止状态时只受静压作用;处在流动状态时,同时受到静压和动压的作用。
Pj--静压是单位体积气体所具有的势能,是一种力,单位为Pa,它的表现将气体压缩、对管壁施压。管道内气体的绝对静压,可以是正压(高于周围的大气压),也可以是负压(低于周围的大气压)。
Pd--动压是单位体积气体所具有的动能,也是一种力,单位为Pa它的表现是使管内气体改变速度,动压只作用在气体的流动方向,恒为正值。
Pq--在某一点上,动压和静压的代数和即为该点的全压,单位为Pa,表示单位气体所具有的总能量。
用公式表述三者的关系为:Pq=Pj+Pd 卓旗式2.9-1。
气体在管道中流动是管道两端气体的压差所引起的,除高温气体外为定容运动,由于断面变化引起流量随之变化,管内的动压和静压相互转化。由于管道阻力的存在,气体在流动过程中的压力不断下降。其能量变化用伯努利方程式来表达,截面1和截面2,其静压和流速分别用下标1、2表示,有:
式中△p---两截面间单位体积气体的能量损失(压力损失),Pa。
方程式表达了风管内气体的流速和压力之间的关系,△p表示全压损失。在封闭的管道系统中,当气体不流动时,沿管道长度上各点的压力相同,因为这时的动压为零,而全压等于静压。
二、 风管气体流动的阻力损失
气体在管道中流动时,各点的压力发生变化。动压变化是由于管道断面的改变,或者由于支管的汇合,使其中的流速改变而造成的,流速的变化也引起管道内静压的变化(动压与静压相互转化)。静压变化是由于气流流动与管壁之间的摩擦造成的压力损失(称为摩擦阻力)和气流通过各设备以及管道的弯头、三通等局部构件形成的压力损失(称为局部阻力)造成的(通风系统中忽略管道中各点高度的影响)。
1. 摩擦压力损失△pm
气体流动的摩擦压力损失与管道内的流速及管壁粗糙度有关,在通风管道系统中空气的流动状态多处于水力过渡区。单位长度摩擦压力损失Rm(Pa/m)按Darcy-Weisbach公式计算:
式中λ---摩擦阻力系数;
Rs---风管的水力半径,m。
注:水力半径Rs是管道的横断面积f与其周长p(湿周)的比值。对于直径为D的圆形管道,Rs=D/4;对于边长为a及b的矩形管道,Rs=ab/2(a+b) ;所谓湿周是过流断面上流体与固体壁面接触的周界,若两种不同的断面形式具有相同的湿周,平均流速也相同,则断面积越大,通过的流体越多,单位重量流体的能量损失也就越小,所以沿程损失与水力半径成反比。
于是,△pm=Rml (Pa)。
计算摩擦压力损失关键在于确定各种材质管道在不同流动状况下的λ,即:
λ=f (Re,K/D) 卓旗式2.9-4
式中Re---雷诺数;
K---风管材料的粗糙度,mm。
为了简化计算,通风系统设计时,可以使用通风管道单位长度摩擦阻力线算图或查阅《全国通用通风管道计算表》。通风管道单位长度摩擦阻力线算图是按过渡区的λ值,在大气压力B0= 101.3kPa、空气温度t0=20℃、空气密度ρ0=1.204kg/m3、运动黏性系数v0=15.06×10-6m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm的圆形风管等条件下得出的。当实际使用条件与上述条件不符时,应进行相应修正:
(1)实际输送气体为非清洁空气时应进行密度和黏性系数的修正;
式中Rm---实际的单位长度摩擦阻力,Pa/m;
Rm0---图上查出的单位长度摩擦阻力,Pa/m;
ρ---风管内实际气体的密度,kg/m3;
v---实际气体运动黏性系数,m2/s。
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