一．风道水力计算方法
; q: x; `% u U: \) R
" W( H9 J- o; s# m2 F风道的水力计算是在系统和设备布置、风管材料、各送、回风点的位置和风量均已确定的基础上进行的。
8 ]: }8 G# E: g) u. Q7 Z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。对于低速送风系统大多采用假定流速法和压损平均法，而高速送风系统则采用静压复得法。
0 j5 K; A# _; {) W4 G3 w4 x5 |. X( \, P9 ~6 _
1．假定流速法 {' Z" e q+ _3 j) S
假定流速法也称为比摩阻法。这种方法是以风道内空气流速作为控制因素，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。6 \) V; l( V8 J4 t# J- A
5 ]7 }, t+ @$ J1 U2．压损平均法 & q0 t- }6 H* I) r$ Q( B: x
压损平均法也称为当量阻力法。这种方法以单位管长压力损失相等为前提。在已知总作用压力的情况下，取最长的环路或压力损失最大的环路，将总的作用压力值按干管长度平均分配给环路的各个部分，再根据各部分的风量和所分配的压力损失值，确定风管的尺寸，并结合各环路间的压力损失的平衡进行调节，以保证各环路间压力损失的差值小于15%。一般建议的单位长度风管的摩擦压力损失值为0.8~1.5Pa/m。该方法适用于风机压头已定，以及进行分支管路压损平衡等场合。1 i% f5 _6 h* j, r
4 c3 }& t& A- L) B) G3．静压复得法 7 R" c* [) K& G, Q! ]
静压复得法的含义是，由于风管分支处风量的出流，使分支前后总风量有所减少，如果分支前后主风道断面变化不大，则风速必然下降。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。此方法适用于高速空调系统的水力计算。2 {2 Q. F- l: ?1 D% ]
+ S; U! C$ ~6 l
二．风道水力计算步骤
& U: z) K6 i+ Z1 d
; x! ]( n6 Q0 Y' H- O' S: M以假定流速法为例：
3 ~: j, `& u; d( N* V1．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。
" P4 p& t% U% @( k2．在计算草图上进行管段编号，并标注管段的长度和风量。 + V9 `0 m" l3 m3 z: ~: K
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。
9 ]3 c( \9 J5 T* |3 U8 d T3．选定系统最不利环路，一般指最远或局部阻力最多的环路。
! q& G2 n. ^, x6 V W5 Q' g3 O4．选择合理的空气流速。
7 ?4 _0 R+ E2 @, ~$ e) o" H
* Y6 S x- C, r( |2 n风管内的空气流速可按下表确定。; R0 l" Z/ `7 [, \: g
* S! E+ M H0 j; L
表8-3空调系统中的空气流速（m/s）
o5 K% j; ]/ y3 q2 d
* a. s z* r: e* H {( P
6 a( y4 f- J7 H# X
5 }1 ` M1 M: v/ h5 [5．根据给定风量和选定流速，逐段计算管道断面尺寸，然后根据选定了的风管断面尺寸和风量，计算出风道内实际流速。7 X5 I$ K g3 a J; |
通过矩形风管的风量：G=3600abυ (m3/h)0 u6 i p7 v0 @+ W# c
式中：a，b—分别为风管断面净宽和净高，m。
7 z: W$ r$ [! x通过园形风管的风量：G=900πd2υ (m3/h)2 I0 F0 ] I( P9 x
式中：d—为圆形风管内径，m。 ' c: I( x7 W) w& a( E# c) Q
7 f5 y. t" k- _0 f9 c3 ]; L
6．计算风管的沿程阻力
6 ]. |( W* t. h, b/ N根据风管的断面尺寸和实际流速，查阅查阅附录13或有关设计手册中《风管单位长度沿程压力损失计算表》求出单位长度摩擦阻力损失△py，再根据管长l，进一步求出管段的摩擦阻力损失。
- T) j8 O- }4 ^6 L3 j- B5 N x8 ] y& }
7．计算各管段局部阻力
; l' u& |& [, m按系统中的局部构件形式和实际流速υ，查阅附录14或有关设计手册中《局部阻力系数ζ计算表》取得局部阻力系数ζ值，再求出局部阻力损失。 * J. F& z9 @, M
5 r6 |6 f1 e; g. h/ L
8．计算系统的总阻力，△P=∑（△pyl +△Pj）。 % ~ ?2 }: P$ p$ G# ^
9．检查并联管路的阻力平衡情况。
$ `: W5 n, p# g( |+ \ X10．根据系统的总风量、总阻力选择风机。+ y4 r* h. @* E1 m, @
2 ~7 K, ] A: v+ n& Q三．风道设计计算实例
2 c7 ?, |3 G/ J; B/ U. \% B8 I' U; o1 F
某公共建筑直流式空调系统，如图所示。风道全部用镀锌钢板制作，表面粗糙度K=0.15mm。已知消声器阻力为50Pa，空调箱阻力为290 Pa，试确定该系统的风道断面尺寸及所需风机压头。7 r% O4 c: ^( L0 p% T& A( w
) g3 e' |: Y, V% t( @0 u
0 b6 ?& g I E6 k* i7 o! |- k8 t, g; R% O4 W' X* ~. L
图中：A.孔板送风口600×600；B.风量调节阀；C.消声器；D.防火调节法；E.空调器；F.进风格栅
7 Z2 T0 L6 H4 K; _6 d
) ~7 }6 U. @: I1 I【解】7 J) _- T* q5 M$ n* J* h
$ M' s# Y# ~% u8 D2 a) X" H
1．绘制系统轴测图，并對各管段进行编号，标注管段长度和风量。' W7 u+ H: J' b& S, n, G
2．选定最不利环路，逐段计算沿程压力损失和局部压力损失。本系统选定管段1—2—3—4—5—6为最不利环路。
; M' Y/ u* [% g/ ^4 H3．列出管道水力计算表，并将各管段流量和长度按编号顺序填入计算表中。
6 q$ b! z1 X7 ~/ y4．分段进行管道水力计算,并将结果均列入计算表中。
; r: C+ k1 v: E, q k/ g3 D+ x7 O, c, l, j* p. Y3 J$ `" y
管段1—2：风量1500m3/h，管段长l=9m
0 p7 r! Q& w% `9 T沿程压力损失计算：初选水平支管空气流速为4m/s，风道断面面积为：
' X1 v: k- m: ^7 |1 l F’=1500/(3600×4)=0.104m2
6 a6 I6 W5 W. M取矩形断面为320×320mm的标准风管，则实际断面积F=0.102m2，实际流速 * e4 e3 d+ ?8 s9 l% Y H
υ=1500/（3600×0.102）=4.08m/s根据流速4.08m/s，查附录13，得到单位长度摩擦阻力△py=0.7Pa/m,则管段1—2的沿程阻力： , J$ A" N% k% W% j$ X. a7 c
△Py=△py×l=0.7×9=6.3Pa7 q5 G: z) m5 ]7 _) i$ u$ ]6 ?4 _; b
局部压力损失计算：该管段存在局部阻力的部件有孔板送风口、连接孔板的渐扩管、多叶调节阀、弯头、渐缩管及直三通管。* e; i& d# U& `( T
孔板送风口：已知孔板面积为600×600mm，开孔率（即净孔面积比）为0.3，则孔板面风速为 ) N* z$ p- G# A& }4 v
υ=1500/（3600×0.6×0.6）=1.16m/s根据面风速1.16m/s和开孔率0.3，查附录14序号35，得孔板局部阻力系数ζ=13，故孔板的局部阻力 9 ]) w" {! X8 k
△pj1=13×(1.2×1.162)/2=10.5Pa渐扩管：渐扩管的扩张角α=22.5°，查附录14序号4，得ζ=0.6，渐扩管的局部阻力
0 q% ]; ?% t0 F* V △pj2=0.9×(1.2×4.082)/2=5.99Pa多叶调节阀：根据三叶片及全开度，查附录14序号34，得ζ=0.25，多叶调节阀的局部阻力 2 Y' h. O6 e0 \2 o/ [
△pj3=0.25×(1.2×4.082)/2=2.5Pa弯头：根据α=90°，R/b=1.0，查附录14序号9，得ζ=0.23，弯头的局部阻力 3 Z0 h: `6 ^* ]- M
△pj4=0.23×(1.2×4.082)/2=2.3Pa渐缩管：渐缩管的扩张角α=30°<45°,查附录14序号7，得ζ=0.1，渐缩管的局部阻力
) d0 g5 S5 n e. D" l △pj5=0.1×(1.2×4.082)/2=1Pa直三通管：根据直三通管的支管断面与干管断面之比为0.64，支管风量与总风量之比为0.5，查附录14序号19，得ζ=0.1，则直三通管的局部阻力
& x7 F- x, x5 Z, o, `& z9 A △Pj6=0.1×(1.2×5.22)/2=1.6Pa （取三通入口处流速） 9 {: f- n, p# k n2 s+ T" X) I
该管段局部阻力：△Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4+△pj5 +△Pj6# _5 q3 q/ y" s) a6 L2 {# H7 ]
=10.5+5.99+2.5+2.3+1+1.6
; _& [6 D- Q$ w# e =23.89Pa该管段总阻力 5 G6 f0 U4 {! C2 p' b' n/ I7 ^/ e" x% J
△P1-2=△Py+△Pj=6.3+23.89=30.19Pa
; w+ S: t9 J, D d l. M$ K& H
% T) e7 r7 p. A! o# @
* h# U. ]% x5 y# J管段2—3：风量3000m3/h，管段长l=5m，初选风速为5m/s。 沿程压力损失计算：* R" S9 f' S5 p$ g
$ u" B! {9 N l- U, L8 C
根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸为320×500mm，实际流速为5.2m/s，查得单位长度摩擦阻力△py=0.8Pa/m,则管段2—3的沿程阻力
- M+ Y, E) L2 h △Py=△py×l=0.8×5=4.0Pa
/ n" K* g- a3 K! Q3 k8 n局部压力损失计算：/ ]; p; ]' V" H2 [* u
分叉三通：根据支管断面与总管断面之比为0.8，查附录14序号21，得ζ=0.28，则分叉三通管的局部阻力 ; i: {! q( u9 `! u4 N) |
△Pj =0.28×(1.2×6.252)/2= 6.6Pa. （取总流流速） 1 {7 p" p# g" D* H% h i& ~9 K
该管段总阻力 △P2-3=△Py+△Pj=4.0+6.6=10.6Pa, O4 A# r! G3 A2 L Z! V
1 o* y! U2 i3 G: n% s( n
! C; j7 ?: \7 t+ j. b管段3—4：风量4500m3/h，管段长l=9m，初选风速为6m/s。 沿程压力损失计算： 2 {7 s' F I: H) W- }& |
根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸为400×500mm，实际流速为6.25m/s，查得单位长度摩擦阻力△py=0.96Pa/m,则管段3—4的沿程阻力 ; _2 m9 ? w) _7 ?$ R
△Py=△py×l=0.96×9=8.64Pa局部压力损失计算：该管段存在局部阻力的部件有消声器、弯头、风量调节阀、软接头以及渐扩管。/ u# d; t d) o- H- f
消声器：消声器的局部阻力给定为50Pa，即
0 Z/ S# r4 w) [ △pj1= 50.0Pa
Q' Y# h" X1 z, `弯头：根据α=90°，R/b=1.0，a/b=0.8,查附录14序号10，得ζ=0.2，弯头的局部阻力
+ b) ]) _( h0 e4 u& B+ c1 a △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
; d0 B7 n: b( R" c* {+ m# X5 P: m* [& f风量调节阀：根据三叶片及全开度，查附录14序号34，得ζ=0.25，风量调节阀的局部阻力
5 ]' Z; S! e: b; n. K- h △pj3=0.25×(1.2×6.252)/2=5.9Pa软接头：因管径不变且很短，局部阻力忽略不计。
+ t6 R! a) }1 |8 b渐扩管：初选风机4—72—11NO4.5A，出口断面尺寸为315×360mm，故渐扩管为315×360mm~400×500mm，长度取为360mm，渐扩管的中心角α=22°，大小头断面之比为1.76查附录14序号3，得ζ=0.15，对应小头流速 7 o1 M$ B, k @4 t, F5 p9 i A
υ=4500/（3600×0.315×0.36）=11m/s
# L" Y# i" y, ^$ K8 i渐扩管的局部阻力 △pj4=0.15×(1.2×112)/2=10.9Pa
2 o, ]1 h9 I' X g1 \9 n该管段局部阻力
: D, Y. ~, b6 u% B# v/ ]3 O △Pj=△pj1+△pj2+△pj3+△pj4 % A: D( x V: y" d* f N
=50.0+4.7+5.9+10.9=71.5Pa
$ n" `1 T1 E& s, @8 H0 q% G! M; c该管段总阻力 ) C+ f C: K. U$ `' |
△P3-4=△Py+△Pj=8.64+71.5=80.14Pa管段4—5：
& u6 X) o# C/ z+ M' k' J- A* Z空调箱及其出口渐缩管合为一个局部阻力考虑，△Pj=290 Pa" h2 k1 {& D; Q! X6 I: L4 n# C1 g
该管段总阻力
+ L- U/ L$ I' Z4 ~ △P4-5=△Pj=290Pa3 d) J. m, G( M' i* C$ d# I u
8 C! l5 X) s+ g; c7 I
7 X3 D3 J% n: k& D管段5—6：风量4500m3/h，管段长l=6m，初选风速为6m/s。 沿程压力损失计算：
) _: G% p: e" i根据假定流速法及标准化管径，求得风管断面尺寸为400×500mm，实际流速为6.25m/s，查得单位长度摩擦阻力△py=0.96Pa/m,则管段5—6的沿程阻力
2 K) o2 f. w: A2 h △Py=△py×l=0.96×6=5.76Pa$ q" w. P) d% V% c- P3 W' _
局部压力损失计算：该管段存在局部阻力的部件有突然扩大、弯头（两个）、渐缩管以及进风格栅。
: V# Z) f. O9 d$ k, s a4 k突然扩大：新风管入口与空调箱面积之比取为0.2，查附录14序号5，，得ζ=0.64，突然扩大的局部阻力
6 J# ?, b" I, Z0 |1 C8 f/ s
) u* V! S7 B& V1 @△pj1=0.64×(1.2×6.252)/2=15.1Pa弯头(两个)：; K! {( Z4 S' G) h- p- u# X
9 ]: X% o }1 |1 E" e) H根据α=90°，R/b=1.0，a/b=0.8,查附录14序号10，得ζ=0.20，弯头的局部阻力
5 x m* K2 o# c2 B3 H- o △pj2=0.2×(1.2×6.252)/2=4.7Pa
$ l, j& h9 t4 g1 [1 M0 ]' N% A 2△pj2=4.7×2=9.4 Pa
& i" a- c% ~. e* R渐缩管：断面从630×500mm单面收缩至400×500mm，取α=<45°,查附录14序号7，得ζ=0.1，对应小头流速 ) G* ]2 d& H- ~! r
υ=6.25m/s 渐缩管的局部阻力
' q+ p/ b& k9 y4 b. M △pj3=0.1×(1.2×6.252)/2=2.36Pa
/ s6 U- O' |$ y! \4 J' C进风格栅：进风格栅为固定百叶格栅，外形尺寸为630×500mm，有效通风面积系数为0.8，则固定百叶格栅有效通风面积为
6 N i" Q% n- p: X6 m+ W 0.63×0.5×0.8=0.252m23 _7 x6 K+ ~9 ~, O0 S- f4 W9 s
其迎面风速为 4500/（3600×0.252）=5 m/s
8 I3 A2 z& y- w. r查附录14序号30，得ζ=0.9，对应面风速，固定百叶格栅的局部阻力
3 u) e5 Y6 R2 y, }- j" `# h1 v& J- W △p4=0.9×(1.2×52)/2=13.5Pa6 I# z9 A. i2 t
该管段局部阻力 5 N! d3 U2 R0 m/ x
1 r" m& V0 F* p# h1 a △Pj=△pj1+2△pj2+△pj3+△pj4
C! p$ i1 K F+ W- m( o0 v% N =15.1+9.4+2.36+13.5 =40.36Pa' h1 B9 s' R: n8 Z4 Q. h1 F
该管段总阻力
+ B: w7 I |/ ~) ]$ V △P5-6=△Py+△Pj=5.76+40.36=46.12Pa5．检查并联管路的阻力平衡 ; |: u: |" k3 \6 F
用同样的方法，进行并联管段7—3、8—2的水力计算，并将结果列入表中。
+ M, r: d! V7 t, `& \4 `
+ ? [: w8 a1 M0 j: {3 }/ T管段7—3：" p( E; T# T# `! a
沿程压力损失 △Py=9.1 Pa
, T. v7 X: i2 R. Y! I4 ~局部压力损失 △Pj=28.9 Pa
2 l! y3 x; f' m; T该管段总阻力 △P7-3=△Py+△Pj=9.1+28.9=38Pa- v9 r3 s5 j7 e$ z, W$ |( @
% Q. X" g3 u) R. I& m
6 C3 M9 s2 R, j
管段8—2：沿程压力损失 △Py=1.4 Pa
5 P$ m) m: O8 j/ M% l; v5 a局部压力损失 △Pj=25.8 Pa! o) z' G5 J+ A N2 j: ]
该管段总阻力
$ S5 u+ Y" s( C: ~ △P8-2=△Py+△Pj=1.4+25.8=27.2Pa检查并联管路的阻力平衡：% b+ {$ ^. E( J
管段1—2的总阻力△P1-2=30.19Pa
- P9 {3 i, |' p. q; X' [管段8—2的总阻力△P8-2=27.2Pa, ?& }. ?- \. ?* r7 F+ ]
（△P1-2-△P8-2）/△P1-2=（30.19-27.2）/30.19=9.9%<15% 管段1—2—3的总阻力△P1-2-3=△P1-2+△P2-3=30.19+10.6=40.79 Pa
& l; s9 Z/ H6 e+ N6 u2 i管段7—3的总阻力△P7-3=38Pa. [; {! l0 `# l' v* k1 ^, N) k' L$ _9 {
（△P1-2-3-△P7-3）/△P1-2-3=（40.79-38）/40.79=6.8%<15%' r1 U4 \; f1 [7 U' f
检查结果表明，两个并联管路的阻力平衡都满足设计要求。如果不满足要求的话，可以通过调整管径的方法使之达到平衡要求。2 s# m: d: K8 t6 L+ w
8 c! c/ n3 M0 I6 X& n
5．计算最不利环路阻力 △P=△P1-2+△P2-3+△P3-4+△P4-5 +△P5-6: F s+ D$ ?) Q( V* n( H
=30.19+10.6+80.14+290+46.124 I$ G$ u$ z% ~& u% l7 Q& k
=457.05 Pa
, P, }* {- G1 f! G本系统所需风机的压头应能克服457.05Pa阻力。
+ l8 z; R3 ~+ `7 |. J; ?2 X+ k0 P* H/ x+ w$ t+ k# k
, H, k c0 T9 Q/ \
四．风道压力损失估算法
2 b" p8 K1 d# I& Y
. }* R/ M, L j Y* O对于一般的空调系统，风道压力损失值可按下式估算 1 O3 }5 P7 T) t! e' H
△P=△pyl（1+k）+∑△ps (Pa)
$ s# w* l& E# @ Y3 a$ w O式中 △py—单位管长沿程压力损失，即单位管长摩擦阻力损失，Pa/ m。
* t; C/ u) k3 S4 ]1 i- el—最不利环路总长度，即到最远送风口的送风管总长度加上到最远回风口的回风管总长度，m。 . E, k$ M, u+ x0 M* Y9 G, k: ?
k—局部压力损失与沿程压力损失之比值： 6 e1 i; N! S R; J7 g
弯头、三通等局部管件比较少时，取k =1.0~1.2；
# H; ?) A5 P, ?0 D w+ j+ \0 K弯头、三通等局部管件比较多时，可取到k =3.0~5.0。
" O3 [/ q7 S+ a8 a6 R" F2 y∑△ps—考虑到空气通过过滤器、喷水室（或表冷器）、加热器等空调装置的压力损失之和。 ! p; J+ i2 G2 X8 Z# S
表8-5给出了为空调系统推荐的送风机静压值，可供估算时参考：8-5送风机静压5 w0 x" y6 }6 n
7 [- w, ~+ W- f3 K. j( G' ^
' Y9 {" ^6 f5 ^" n: b
5 o, s q/ M5 e7 O% }; j) `7 a( ?- j! v
参考取值% @. I; v! R0 R0 ]' Z: g7 Y
7 Z3 ~# W, R7 O: l
4 I$ x. x7 w7 F! |) v& X* _3 H5 Q
, m) t5 I [6 }' O) W' Q8 h. j0 U6 H
. p* s. l7 N; Z! [! o+ L. f |
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[专题]地下水环境监测与场调
基于碳源捕获及碳源改向的污水处理能源自给
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污泥热水解消化工艺的性能与成本解析