一,、風(fēng)管內(nèi)的靜壓、動(dòng)壓,、全壓

管道中的氣體,，處在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)只受靜壓作用；處在流動(dòng)狀態(tài)時(shí),，同時(shí)受到靜壓和動(dòng)壓的作用,。

Pj--靜壓是單位體積氣體所具有的勢(shì)能，是一種力，單位為Pa,，它的表現(xiàn)將氣體壓縮,、對(duì)管壁施壓。管道內(nèi)氣體的絕對(duì)靜壓,，可以是正壓（高于周?chē)拇髿鈮海?，也可以是?fù)壓（低于周?chē)拇髿鈮海?/span>

Pd--動(dòng)壓是單位體積氣體所具有的動(dòng)能，也是一種力,，單位為Pa它的表現(xiàn)是使管內(nèi)氣體改變速度,，動(dòng)壓只作用在氣體的流動(dòng)方向，恒為正值,。

Pq--在某一點(diǎn)上,，動(dòng)壓和靜壓的代數(shù)和即為該點(diǎn)的全壓，單位為Pa,，表示單位氣體所具有的總能量,。

用公式表述三者的關(guān)系為：Pq=Pj＋Pd 卓旗式2.9-1。

氣體在管道中流動(dòng)是管道兩端氣體的壓差所引起的,，除高溫氣體外為定容運(yùn)動(dòng),，由于斷面變化引起流量隨之變化，管內(nèi)的動(dòng)壓和靜壓相互轉(zhuǎn)化,。由于管道阻力的存在,，氣體在流動(dòng)過(guò)程中的壓力不斷下降。其能量變化用伯努利方程式來(lái)表達(dá),，截面1和截面2,，其靜壓和流速分別用下標(biāo)1、2表示,，有：

式中△p---兩截面間單位體積氣體的能量損失（壓力損失）,，Pa。

方程式表達(dá)了風(fēng)管內(nèi)氣體的流速和壓力之間的關(guān)系,，△p表示全壓損失,。在封閉的管道系統(tǒng)中，當(dāng)氣體不流動(dòng)時(shí),，沿管道長(zhǎng)度上各點(diǎn)的壓力相同,，因?yàn)檫@時(shí)的動(dòng)壓為零，而全壓等于靜壓,。

二,、 風(fēng)管氣體流動(dòng)的阻力損失

氣體在管道中流動(dòng)時(shí)，各點(diǎn)的壓力發(fā)生變化,。動(dòng)壓變化是由于管道斷面的改變,，或者由于支管的匯合,，使其中的流速改變而造成的，流速的變化也引起管道內(nèi)靜壓的變化（動(dòng)壓與靜壓相互轉(zhuǎn)化）,。靜壓變化是由于氣流流動(dòng)與管壁之間的摩擦造成的壓力損失（稱為摩擦阻力）和氣流通過(guò)各設(shè)備以及管道的彎頭,、三通等局部構(gòu)件形成的壓力損失（稱為局部阻力）造成的（通風(fēng)系統(tǒng)中忽略管道中各點(diǎn)高度的影響）。

1. 摩擦壓力損失△pm

氣體流動(dòng)的摩擦壓力損失與管道內(nèi)的流速及管壁粗糙度有關(guān),，在通風(fēng)管道系統(tǒng)中空氣的流動(dòng)狀態(tài)多處于水力過(guò)渡區(qū),。單位長(zhǎng)度摩擦壓力損失Rm（Pa/m）按Darcy-Weisbach公式計(jì)算：

式中λ---摩擦阻力系數(shù)；

Rs---風(fēng)管的水力半徑,，m,。

注：水力半徑Rs是管道的橫斷面積f與其周長(zhǎng)p（濕周）的比值。對(duì)于直徑為D的圓形管道,，Rs=D/4,；對(duì)于邊長(zhǎng)為a及b的矩形管道，Rs=ab/2(a+b) ,；所謂濕周是過(guò)流斷面上流體與固體壁面接觸的周界,，若兩種不同的斷面形式具有相同的濕周，平均流速也相同,，則斷面積越大,，通過(guò)的流體越多，單位重量流體的能量損失也就越小,，所以沿程損失與水力半徑成反比,。

于是，△pm=Rml （Pa）,。

計(jì)算摩擦壓力損失關(guān)鍵在于確定各種材質(zhì)管道在不同流動(dòng)狀況下的λ,，即：

λ=f (Re，K/D) 卓旗式2.9-4

式中Re---雷諾數(shù),；

K---風(fēng)管材料的粗糙度,，mm。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算,，通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),，可以使用通風(fēng)管道單位長(zhǎng)度摩擦阻力線算圖或查閱《全國(guó)通用通風(fēng)管道計(jì)算表》。通風(fēng)管道單位長(zhǎng)度摩擦阻力線算圖是按過(guò)渡區(qū)的λ值,，在大氣壓力B0= 101.3kPa,、空氣溫度t0=20℃,、空氣密度ρ0=1.204kg/m3,、運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù)v0=15.06×10-6m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm的圓形風(fēng)管等條件下得出的,。當(dāng)實(shí)際使用條件與上述條件不符時(shí),，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)修正：

（1）實(shí)際輸送氣體為非清潔空氣時(shí)應(yīng)進(jìn)行密度和黏性系數(shù)的修正；

式中Rm---實(shí)際的單位長(zhǎng)度摩擦阻力，Pa/m,；

Rm0---圖上查出的單位長(zhǎng)度摩擦阻力,，Pa/m；

ρ---風(fēng)管內(nèi)實(shí)際氣體的密度,，kg/m3,；

v---實(shí)際氣體運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù)，m2/s,。

（2）輸送氣體大氣壓和溫度與B0= 101.3kPa,、t0=20℃不符時(shí)應(yīng)進(jìn)行修正；

式中Kr ---管壁粗糙度修正系數(shù),；Kr=(Ku)0.25

K---管壁粗糙度,，常見(jiàn)風(fēng)管材料的K值見(jiàn)表2.9-1；

u---風(fēng)管內(nèi)氣體流速,，m/s,。

卓旗表2.9-1常見(jiàn)風(fēng)管材料的粗糙度K（三版表2.7-1）

對(duì)于矩形風(fēng)管，可采取流速當(dāng)量直徑或流量當(dāng)量直徑進(jìn)行查圖,。值得注意的是,，采取流速當(dāng)量直徑時(shí)，應(yīng)對(duì)應(yīng)用流速和流速當(dāng)量直徑查圖,；采取流速當(dāng)量直徑時(shí),，應(yīng)對(duì)應(yīng)用流量和流量當(dāng)量直徑查圖。

拓展說(shuō)明：1）流速當(dāng)量直徑為2ab/(a+b)=4Rs,。 2）在流速當(dāng)量直徑的定義下,，矩形風(fēng)管的流量與圓形風(fēng)管的流量不同；同樣,，在流量當(dāng)量直徑的定義下,，矩形風(fēng)管的流速與圓形風(fēng)管的流速也是不同的。

2. 局部壓力損失△pz

通風(fēng)管道是由各種不變斷面的直管段和許多局部構(gòu)件所組成的,。局部構(gòu)件種類(lèi)較多,，如彎頭、漸擴(kuò)管和漸縮管,、三通管,、調(diào)節(jié)閥以及各種送回風(fēng)口等?？諝饬鬟^(guò)這些局部構(gòu)件所產(chǎn)生的集中能量損失即為局部阻力壓力損失△pz（Pa）按△pz=ζρv2/2式計(jì)算,，ζ通常由試驗(yàn)確定，可查閱有關(guān)專(zhuān)業(yè)手冊(cè),，選用時(shí)要注意試驗(yàn)用的管件形狀和試驗(yàn)條件,，特別要注意ζ值對(duì)應(yīng)的是何處的動(dòng)壓值,。

局部阻力在通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)阻力中占有較大的比例,，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以注意,。減小局部阻力的著眼點(diǎn)在于防止或推遲氣流與壁面的分離，避免漩渦區(qū)的產(chǎn)生或減小漩渦區(qū)的大小和強(qiáng)度,。下面介紹幾種常用的減小局部阻力的措施：

（1）當(dāng)氣流流經(jīng)斷面面積變化的管件（如突擴(kuò)管和突縮管）,，或斷面形狀變化的管件（如異形管）時(shí)，由于管道斷面的突然變化使氣流產(chǎn)生沖擊,，周?chē)霈F(xiàn)渦流區(qū),，造成局部阻力。擴(kuò)散角大的漸擴(kuò)管局部阻力系數(shù)也較大,，因此盡量避免風(fēng)管斷面的突然變化,，用漸縮或漸擴(kuò)管代替突然縮小或突然擴(kuò)大，中心角α最好在8°~10°,，不要超過(guò)45°,。

（2）三通內(nèi)流速不同的兩股氣流匯合時(shí)的碰撞，以及氣流速度改變時(shí)形成渦流是造成局部阻力的原因,。兩股氣流在匯合過(guò)程中的能量損失一般是不相同的,，它們的局部阻力應(yīng)分別計(jì)算，對(duì)應(yīng)兩個(gè)阻力系數(shù),。當(dāng)合流三通內(nèi)直管的氣流速度大于支管的氣流速度時(shí),，直管氣流會(huì)引射支管氣流，即流速大的直管氣流失去能量,，流速小的支管氣流得到能量,，因而支管的局部阻力系數(shù)有時(shí)出現(xiàn)負(fù)值。同理,，直管的局部阻力系數(shù)有時(shí)也會(huì)岀現(xiàn)負(fù)值,。但是，直管和支管二者有得有失,，能量總是處于平衡,，不可能同時(shí)為負(fù)值。引射過(guò)程會(huì)有能量損失,，為了減小三通的局部阻力,，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)引射現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使支管和直管的流速盡量接近,。

（3）管道布置時(shí)應(yīng)盡量采取直線,，減少?gòu)澒埽蛘哂没澊嬷苯菑?。彎管的阻力系?shù)在一定范圍內(nèi)隨曲率半徑的增大而減小,，圓形風(fēng)管彎管的曲率半徑一般應(yīng)大于1~2倍管徑；矩形風(fēng)管彎管斷面的長(zhǎng)寬比愈大,，阻力愈小,，其曲率半徑一般為當(dāng)量直徑的6~12倍。對(duì)于斷面大的彎管,，可在彎管內(nèi)部布置一組導(dǎo)流葉片以減小漩渦區(qū)和二次流,。

（4）氣流進(jìn)入風(fēng)管時(shí)，由于產(chǎn)生氣流與管道內(nèi)壁分離和渦流現(xiàn)象造成局部阻力,。氣流從風(fēng)管出口排出時(shí),，其在排出前所具有的能量全都損失。當(dāng)出口處無(wú)阻擋時(shí),，此能量損失在數(shù)值上等于出口動(dòng)壓,，當(dāng)有阻擋（如風(fēng)帽、網(wǎng)格,、百葉）時(shí),，能量損失將大于出口動(dòng)壓，就是說(shuō)局部阻力系數(shù)會(huì)大于1,。因此,，只有與局部阻力系數(shù)大于1的部分相對(duì)應(yīng)的阻力才是出口局部阻力（即阻擋造成），等于1 的部分是出口動(dòng)壓損失,。為了降低出口動(dòng)壓損失,，有時(shí)把出口制作成擴(kuò)散角較小的漸擴(kuò)管，ζ值會(huì)小于1,。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明,，這是相對(duì)于擴(kuò)展前的管內(nèi)氣流動(dòng)壓而言的。

三,、均勻送風(fēng)和靜壓復(fù)得法設(shè)計(jì)

1. 均勻送風(fēng)

根據(jù)工業(yè)與民用建筑的使用要求,，通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的風(fēng)管有時(shí)需要把等量的空氣，沿風(fēng)管側(cè)壁的成排孔口或短管均勻送出,。如圖2.9-5所示,，空氣在風(fēng)管內(nèi)流動(dòng)，若在風(fēng)管的側(cè)壁開(kāi)孔,，則有氣流流出,。若風(fēng)管內(nèi)的流速為vd，動(dòng)壓為pd,，靜壓（垂直作用于管壁）為pj,，有：

對(duì)于斷面不變的矩形送（排）風(fēng)管，采用條縫形風(fēng)口送（排）風(fēng)時(shí),，風(fēng)口上的速度分布如圖2.9-6所示,。若定義送風(fēng)側(cè)和吸風(fēng)側(cè)為始端：1）送風(fēng)管上,，從始端到末端管內(nèi)流量不斷減小，動(dòng)壓相應(yīng)下降（下降值大于阻力損失）,，靜壓增大,，使條縫口出口流速不斷增大；2）在排風(fēng)管上則是相反,，末端靜壓最小,，因流量最小，所以動(dòng)壓也最??；越接近始端動(dòng)壓越大，因全壓的絕對(duì)值也應(yīng)增加,，所以靜壓下降的幅度更大,，管內(nèi)外壓差增大，條縫口入口流速不斷增大,。

以截面1,，2為例：

對(duì)于送風(fēng)管段：Pj1=50Pa，Pd1=40Pa,，Pq1=90Pa,；Pj2=57Pa，Pd2=29Pa,，Pq2=86Pa,，△p12=4Pa

動(dòng)壓減小的值復(fù)得了靜壓11Pa，除克服12間阻力4Pa,，還使得2斷面靜壓增加了7Pa,。由于2斷面的靜壓增加，導(dǎo)致靜壓流速增加,。

對(duì)于排風(fēng)管段：Pj1=﹣65Pa,，Pd1=40Pa，Pq1=﹣25Pa,；Pj2=﹣50Pa,，Pd2=29Pa，Pq2=﹣21Pa,，△p12=4Pa

（1）要實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng),，可采取以下措施：

1）送風(fēng)管斷面積F和孔口面積f0不變時(shí)，管內(nèi)靜壓會(huì)不斷增大,，可根據(jù)靜壓變化,，在孔口上設(shè)置不同的阻體，使不同的孔口具有不同的壓力損失（即改變流量系數(shù)）。

2）孔口面積f0和μ值不變時(shí),，可采用錐形風(fēng)管改變送風(fēng)管斷面積,，使管內(nèi)靜壓基本不變（控制動(dòng)壓的減小）。

3）送風(fēng)管斷面積F及孔口μ值不變時(shí),，可根據(jù)管內(nèi)靜壓變化,，改變孔口面積f0（靜壓大則要求f0小）。

4）增大送風(fēng)管斷面積F,，減小孔口面積f0。（類(lèi)似于靜壓箱原理）

（2）實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng)的基本條件

對(duì)側(cè)孔面積f0保持不變的均勻送風(fēng)管,，要使各側(cè)孔的送風(fēng)量保持相等,，必須保證各側(cè)孔的靜壓pj和流量系數(shù)μ相等；要使出口氣流盡量保持垂直,，要求出流角α接近 90°,。

1）保持各側(cè)孔靜壓相等

兩側(cè)孔靜壓保持相等的條件是兩側(cè)孔間的動(dòng)壓降等于其間的壓力損失，即：

Pd1－Pd2=(Rl＋Z)1-2=△p1-2 卓旗式2.9-15

2）保持各側(cè)孔流量系數(shù)μ相等

流量系數(shù)μ與孔口形狀,、出流角α及孔口流出風(fēng)量與孔口前風(fēng)量之比有關(guān),。

3）增大出流角

風(fēng)管中的靜壓與動(dòng)壓之比值愈大，氣流在孔口的出流角α也就愈大,，出流方向接近垂直,；比值減小,，氣流會(huì)向一個(gè)方向偏斜,，這時(shí)即使各側(cè)孔風(fēng)量相等，也達(dá)不到均勻送風(fēng)的目的,。要保持α≥60°,，必須使pj/pd≥3.0（vj/vd≥1.73）,。在要求高的工程,，為了使空氣出流方向垂直管道側(cè)壁，可在孔口處安裝垂直于側(cè)壁的擋板,，或把孔口改成短管。

（3）側(cè)孔送風(fēng)時(shí)通路（直通部分）局部阻力系數(shù)和側(cè)孔局部阻力系數(shù)（或流量系數(shù)）

通常把側(cè)孔送風(fēng)的均勻送風(fēng)管看作是支管長(zhǎng)度為零的三通,，當(dāng)空氣從側(cè)孔送出時(shí),，產(chǎn)生兩部分局部壓力損失,，即直通部分的局部壓力損失和側(cè)孔出流時(shí)的局部壓力損失。

直通部分的局部阻力系數(shù)可由表2.9-6查出,，表中數(shù)據(jù)由實(shí)驗(yàn)求得，表中ζ值對(duì)應(yīng)側(cè)孔前的管內(nèi)動(dòng)壓,。從側(cè)孔或條縫口出流時(shí),，孔口的流量系數(shù)可近似取0.60~0.65,。

卓旗表2.9-6空氣流過(guò)側(cè)孔直通部分的局部阻力系數(shù)（摘自三版表2.7-6）

2. 靜壓復(fù)得法

一般將風(fēng)道內(nèi)風(fēng)速小于15m/s的風(fēng)道稱為低速風(fēng)道,，由于風(fēng)速低,，與風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的主噪聲源相比,，風(fēng)道系統(tǒng)產(chǎn)生的氣流噪聲可以忽略不計(jì),，廣泛應(yīng)用于民用建筑通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng),。風(fēng)道內(nèi)風(fēng)速大于或等于15m/s時(shí)稱為高速風(fēng)道，高風(fēng)速帶來(lái)風(fēng)道系統(tǒng)的氣流噪聲必須采取有效的處理，但可以縮小風(fēng)道尺寸,，節(jié)約建筑空間和材料初投資。靜壓復(fù)得法用于高速和高壓系統(tǒng)的風(fēng)管設(shè)計(jì)計(jì)算，其原理是利用兩個(gè)出風(fēng)口之間的動(dòng)壓降低復(fù)得靜壓,，用于克服該段風(fēng)管的阻力,，可以保證風(fēng)口處的靜壓相等。采用靜壓復(fù)得法進(jìn)行風(fēng)道設(shè)計(jì)，有利于減小風(fēng)機(jī)動(dòng)力消耗和噪聲,。實(shí)際上由于出風(fēng)口有阻力損失,，動(dòng)壓的降低值不可能100%轉(zhuǎn)化為靜壓,。

下面以一示例展示風(fēng)管系統(tǒng)的壓力分布及靜壓復(fù)得法的應(yīng)用,。

一通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口A斷面的阻力損失為△p0=5Pa,，進(jìn)風(fēng)段AB的阻力損失為△px=10Pa,，風(fēng)機(jī)的全壓為P=135Pa,，送風(fēng)段AB的阻力損失為△p1=15Pa，△p1=20Pa,，△p1=25Pa。則各斷面的壓力分布見(jiàn)圖,，D，E,，F斷面送風(fēng),，因其靜壓均為60Pa，所以當(dāng)送風(fēng)口面積及流量系數(shù)一致則可實(shí)現(xiàn)均勻送風(fēng),。

3. 槽邊排風(fēng)罩的楔形條縫口

在槽邊罩的應(yīng)用中,，為使條縫口的速度分布均勻可采取楔形條縫的方法。值得注意的是,，此處是條縫口的速度分布均勻而不是風(fēng)量,，控制條縫口速度分布均勻的目的是在控制點(diǎn)造成一致的控制風(fēng)速,。由于遠(yuǎn)端的靜壓風(fēng)速小于始端的靜壓風(fēng)速（遠(yuǎn)端靜壓絕對(duì)值小于始端靜壓的絕對(duì)值）,，所以調(diào)整條縫的高度，如此始端的高度小于遠(yuǎn)端,，始端條縫口的局部阻力系數(shù)大于遠(yuǎn)端,，流量系數(shù)則是小于遠(yuǎn)端，從而條縫口的風(fēng)速v0=μvj保持一致,。

全文完,！