Комкин А.И.Расчет систем механической вентиляции (825483), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Кроме того, при расчетах вводяттермин потери давления. Эти потери обусловлены затратами энергии воздушного потока на преодоление сопротивления, возникающего на пути его движения по воздуховодам. Как правило,расчет вентиляционной сети сводится к определению размеровпоперечного сечения отдельных участков сети и потерь давленияна них при заданном расходе воздуха.107Потери давления в воздуховодах складываются из потерь натрение ∆pтр и потерь на местные сопротивления ∆pмс.7.2. Потери давления на трение и местные сопротивленияДля воздуховода длиной l с произвольной формой поперечногосечения эти потери описываются формулойΔpтр = λ трlПpд ,4F(7.1)где λтр – коэффициент сопротивления трения; П, F – соответственно периметр и площадь поперечного сечения воздуховода.Для воздуховодов круглого сечения диаметром d имеем4 F / П = d .
При этом формула (7.1) принимает видΔpтр = λ трlpд .d(7.2)Таким образом, потери на трение в воздуховоде круглого поперечного сечения пропорциональны его относительной длине l/d идинамическому давлению воздушного потока pд.Для воздуховодов прямоугольного сечения с размерами a × bвводят понятие эквивалентного диаметра dэ – диаметра круглогосечения, обеспечивающего те же потери на трение на единицудлины, что и при прямоугольном сечении воздуховода. При этомприменяют два способа вычисления эквивалентного диаметра: поскорости dэc и по расходу dэр.Эквивалентный диаметр по скорости dэc определяют при дополнительном условии равенства средних скоростей потока в воздуховодах круглого и прямоугольного сечений. Приравняв выражения (7.1) и (7.2), для этого случая будем иметьd эс = 2аb /(a + b).(7.3)Нетрудно убедиться, что площадь полученного таким образом2/ 4 будет меньше площади заменяемогокруглого сечения Sп = πd эс108им прямоугольного сечения Sп = ab.
Поэтому при равенстве скоростей потоков в воздуховодах расходы в них будут различны.В связи с этим вводят в рассмотрение эквивалентный по расходу диаметр dэр, определяемый при дополнительном условииравенства расходов воздуха в воздуховодах с круглым и прямоугольным сечениями. Выразим согласно (5.1) скорость воздухачерез его объемный расход и площадь поперечного сечения воздуховода.
Подставляя результат в (7.1) и (7.2) и приравнивая полученные выражения, находим1/ 5d эр⎛ 32a3b3 ⎞=⎜ 2⎟⎜ π (a + b) ⎟⎝⎠1/ 5⎛ a3b3 ⎞= 1,265 ⎜⎟⎜ ( a + b) ⎟⎝⎠.(7.4)Такое определение диаметра необходимо использовать, еслирасчет воздуховодов ведут не по скоростям, а по расходам, чтообычно и делают. При этом воздуховод круглого сечения и воздуховод прямоугольного сечения с эквивалентным диаметром, определенным согласно (7.4), имеют одинаковые потери на трение иодинаковый расход воздуха.Коэффициент сопротивления трения описывается сложнойфункциональной зависимостью, определяемой параметрами движения воздуха и характеристиками воздуховода (размерами, шероховатостью его стенок). Эта зависимость может быть выраженаформулой Альтшуля:1/ 4⎛ 68 K ⎞λ тр = 0,11⎜+ ⎟⎝ Re dэ ⎠,(7.5)где Re – число Рейнольдса, Re = wdэ/ν; ν – коэффициент кинема–5 2тической вязкости; ν = 1,5 ⋅ 10 м /с для воздуха при температуре20 ºС; K – высота выступов шероховатости стенок; значения K длянекоторых материалов приведены в табл.
7.1. Размерности K и dэ вэтой формуле должны быть одинаковыми.109Таблица 7.1Абсолютная шероховатость K стенок воздуховодовМатериал стенкиK, ммМатериал стенкиK, ммЛистовая стальВинипластАсбестоцементныетрубыФанера0,100,10Шлакоалебастровые трубыШлакобетонные трубыКирпичная кладкаШтукатурка по металлической сетке1,01,540,110,1210В инженерных расчетах формулу (7.2) часто преобразуют к видуΔpтр = Rl ,(7.6)где R – потери давления на 1 м длины воздуховода, Па/м.
При этомдля определения R обычно используют специальные номограммы(рис. 7.1).Рис. 7.1. График для определения потерь давления в круглыхвоздуховодахПотери давления на местные сопротивления пропорциональныдинамическому давлению воздуха и сумме коэффициентов местmных сопротивлений∑ ζ j на расчетном участке воздуховода:j=1110mΔpмс = ∑ ζ j pд ,(7.7)j =1где m – число местных сопротивлений.Коэффициент местного сопротивления ζ характеризует потери давления в местном сопротивлении в долях динамического давления.
Значения ζ в общем случае зависят от многих факторов имогут изменяться в очень широких пределах. Значения коэффициента местного сопротивления для некоторых элементов воздуховода при турбулентном режиме приведены в приложении 3.7.3. Общие потери давления в вентиляционных системахНа расчетном участке воздуховода общие потери давления определяют как сумму потерь на трение и на местные сопротивления:mm⎛⎞(7.8)Δp = Rl + ∑ ζ j pд = ⎜ λ трl d э + ∑ ζ j ⎟ ρw2 2.⎜⎝⎟j =1j =1 ⎠Выразим скорость движения воздуха в воздуховоде через расход L:w = L /(3600 F ) = L / f .(7.9)Подстановка (7.9) в (7.8) дает⎡⎛⎤m⎞Δp = ⎢⎜ λ трl / d э + ∑ ζ j ⎟ ρ (2 f 2 ) ⎥ L2 .⎟⎢⎜⎝⎥j =1 ⎠⎣⎦(7.10)Обозначив выражение в квадратных скобках уравнения (7.10) через k, представим его в виде2(7.11)∆p = kL .Уравнение (7.11), связывающее ∆p и L, называют уравнениемхарактеристики сети.
Графическая зависимость, описываемаяэтим уравнением, т. е. сама характеристика сети, является параболой, крутизна которой определяется коэффициентом k. Значениякоэффициента k зависят от размеров сети, возрастая с увеличениемее длины или сложности. Зная характеристику сети, можно определить расход воздуха в ней при заданных потерях давления, илинаоборот, потери давления при заданном расходе.111Реальные вентиляционные сети представляют собой сложныесистемы, образованные путем последовательного и параллельногосоединения участков воздуховодов постоянного сечения, включающих в себя переходные, регулирующие и соединительные элементы. Для последовательно соединенных участков суммируютпотери давления на каждом из участков при одинаковом расходевоздуха через эти участки.
Следовательно, суммарная характеристика (n) последовательно соединенных участков определяетсявыражениемnΔpпосл = L2 ∑ ki ,(7.12)i =1ki – коэффициент, соответствующий характеристике i-го участкасети.Для параллельно соединенных участков суммируют расходывоздуха в каждом из участков при одном и том же значении потерьдавления на каждом из них. При этом выражение, определяющеесуммарную характеристику сети, приводится к виду2⎛nΔpпар = L ⎜ ∑1⎜⎝ i =1⎞ki ⎟⎟⎠−2(7.13).В частном случае для двух параллельных участков, характеризующихся коэффициентами k1 и k2, будем иметьΔpпар = L2 k1k2(k1 + k2)2.(7.14)7.4. Методика расчета воздуховодовНа первом этапе на плане помещения, оборудуемого системойвентиляции, намечают трассу воздуховодов, а затем составляютсхему вентиляционной сети в аксонометрической проекции.Далее проектируемую вентиляционную сеть разбивают на участки, характеризуемые, как правило, постоянством расхода и поперечного сечения.
В состав участков входят и местные сопротивления (тройники, колена и т. д.), располагающиеся обычно на ихграницах. К местным сопротивлениям относят также входящие в112состав вентиляционной сети калориферы и фильтры – устройствадля нагревания и очистки воздуха. В зависимости от схемы соединения между собой участков различают простые и разветвленныевоздуховоды.Каждому участку сети присваивают порядковый номер, который указывают на схеме сети наряду с длиной участка и расходомвоздуха в нем. На этой схеме выделяют также наиболее протяженную и нагруженную линию воздуховодов, которую называют магистралью. Нумерацию участков вентиляционной сети принятоначинать с магистрали.Затем определяют значения скорости движения воздуха на каждом участке магистрали. Обычно они лежат в пределах 3…10 м/с(табл.
7.2). В магистрали рекомендуется выбирать большие значения скорости потока, чем в ответвлениях.Таблица 7.2Рекомендуемые значения скорости движения воздуха wв вентиляционных сетях промышленных зданийУчасток сетиw, м/сУчасток сетиw, м/сПриточная шахтаВытяжная шахтаМагистраль:головные участкиконцевые и ответвления4−65−8Приточная решетка:в рабочей зонена высоте 2−3 мна высоте более 3 мВытяжная решетка0,5−0,72−33−40,8−1,06−103−6Расчеты начинают с концевых участков магистрали.
Выбираюттип воздухораспределительных устройств (вентиляционных решеток) и исходя из требуемого расхода воздуха на этих участках определяют их размеры (характеристики некоторых воздухораспределительных устройств приведены в табл. 7.3). Далее определяют размеры поперечных сечений воздуховодов на этих участках. При этомразмеры сечений воздуховодов выбирают из стандартного ряда, согласовывая их с размерами распределительных устройств.По заданному расходу воздуха и площади поперечного сеченияучастка магистрали вычисляют скорость движения воздуха в нем,потери давления на трение и в местных сопротивлениях. Затем длякаждого участка определяют сумму коэффициентов местных сопротивлений и по формуле (7.8) вычисляют потери давления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
