Основой проектирования любых инженерных сетей является расчет. Для того чтобы правильно сконструировать сеть приточных или вытяжных воздуховодов, необходимо знать параметры воздушного потока. В частности, требуется рассчитать скорость потока и потери давления в канале для правильного подбора мощности вентилятора.
В этом расчете немаловажную роль играет такой параметр, как динамическое давление на стенки воздуховода.
Поведение среды внутри воздухопровода
Вентилятор, создающий воздушный поток в приточном или вытяжном воздуховоде, сообщает этому потоку потенциальную энергию. В процессе движения в ограниченном пространстве трубы потенциальная энергия воздуха частично переходит в кинетическую. Этот процесс происходит в результате воздействия потока на стенки канала и называется динамическим давлением.
Кроме него существует и статическое давление, это воздействие молекул воздуха друг на друга в потоке, оно отражает его потенциальную энергию. Кинетическую энергию потока отражает показатель динамического воздействия, именно поэтому данный параметр участвует в расчетах .
При постоянном расходе воздуха сумма этих двух параметров постоянна и называется полным давлением. Оно может выражаться в абсолютных и относительных единицах. Точкой отсчета для абсолютного давления является полный вакуум, в то время как относительное считается начиная от атмосферного, то есть разница между ними — 1 Атм. Как правило, при расчете всех трубопроводов используется величина относительного (избыточного) воздействия.
Вернуться к оглавлению
Физический смысл параметра
Если рассмотреть прямые отрезки воздуховодов, сечения которых уменьшаются при постоянном расходе воздуха, то будет наблюдаться увеличение скорости потока. При этом динамическое давление в воздуховодах будет расти, а статическое — снижаться, величина полного воздействия останется неизменной. Соответственно, для прохождения потока через такое сужение (конфузор) ему следует изначально сообщить необходимое количество энергии, в противном случае может уменьшиться расход, что недопустимо. Рассчитав величину динамического воздействия, можно узнать количество потерь в этом конфузоре и правильно подобрать мощность вентиляционной установки.
Обратный процесс произойдет в случае увеличения сечения канала при постоянном расходе (диффузор). Скорость и динамическое воздействие начнут уменьшаться, кинетическая энергия потока перейдет в потенциальную. Если напор, развиваемый вентилятором, слишком велик, расход на участке и во всей системе может вырасти.
В зависимости от сложности схемы, вентиляционные системы имеют множество поворотов, тройников, сужений, клапанов и прочих элементов, называемых местными сопротивлениями. Динамическое воздействие в этих элементах возрастает в зависимости от угла атаки потока на внутреннюю стенку трубы. Некоторые детали систем вызывают значительное увеличение этого параметра, например, противопожарные клапаны, в которых на пути потока установлены одна или несколько заслонок. Это создает повышенное сопротивление потоку на участке, которое необходимо учитывать в расчете. Поэтому во всех вышеперечисленных случаях нужно знать величину динамического давления в канале.
Вернуться к оглавлению
Расчеты параметра по формулам
На прямом участке скорость движения воздуха в воздуховоде неизменна, постоянной остается и величина динамического воздействия. Последняя рассчитывается по формуле:
Рд = v2γ / 2g
В этой формуле:
- Рд — динамическое давление в кгс/м2;
- V — скорость движения воздуха в м/с;
- γ — удельная масса воздуха на этом участке, кг/м3;
- g — ускорение силы тяжести, равное 9.81 м/с2.
Получить значение динамического давления можно и в других единицах, в Паскалях. Для этого существует другая разновидность этой формулы:
Рд = ρ(v2 / 2)
Здесь ρ — плотность воздуха, кг/м3. Поскольку в вентиляционных системах нет условий для сжатия воздушной среды до такой степени, чтобы изменилась ее плотность, она принимается постоянной — 1.2 кг/м3.
Далее, следует рассмотреть, как участвует величина динамического воздействия в расчете каналов. Смысл этого расчета — определить потери во всей системе приточной либо вытяжной вентиляции для подбора напора вентилятора, его конструкции и мощности двигателя. Расчет потерь происходит в два этапа: сначала определяются потери на трение о стенки канала, потом высчитывается падение мощности воздушного потока в местных сопротивлениях. Параметр динамического давления участвует в расчете на обоих этапах.
Сопротивление трению на 1 м круглого канала рассчитывается по формуле:
R = (λ / d) Рд, где:
- Рд — динамическое давление в кгс/м2 или Па;
- λ — коэффициент сопротивления трению;
- d — диаметр воздуховода в метрах.
Потери на трение определяются отдельно для каждого участка с различными диаметрами и расходами. Полученное значение R умножают на общую длину каналов расчетного диаметра, прибавляют потери на местных сопротивлениях и получают общее значение для всей системы:
HB = ∑(Rl + Z)
Здесь параметры:
- HB (кгс/м2) — общие потери в вентиляционной системе.
- R — потери на трение на 1 м канала круглого сечения.
- l (м) — длина участка.
- Z (кгс/м2) — потери в местных сопротивлениях (отводах, крестовинах, клапанах и так далее).
Вернуться к оглавлению
Определение параметров местных сопротивлений вентиляционной системы
В определении параметра Z также принимает участие величина динамического воздействия. Разница с прямым участком заключается в том, что в разных элементах системы поток меняет свое направление, разветвляется, сходится. При этом среда взаимодействует с внутренними стенками канала не по касательной, а под разными углами. Чтобы это учесть, в расчетную формулу можно ввести тригонометрическую функцию, но тут есть масса сложностей. Например, при прохождении простого отвода 90⁰ воздух поворачивает и нажимает на внутреннюю стенку как минимум под тремя разными углами (зависит от конструкции отвода). В системе воздуховодов присутствует масса более сложных элементов, как рассчитать потери в них? Для этого существует формула:
- Z = ∑ξ Рд.
Для того чтобы упростить процесс расчета, в формулу введен безразмерный коэффициент местного сопротивления. Для каждого элемента вентиляционной системы он разный и является справочной величиной. Значения коэффициентов были получены расчетами либо опытным путем. Многие заводы-производители, выпускающие вентиляционное оборудование, проводят собственные аэродинамические исследования и расчеты изделий. Их результаты, в том числе и коэффициент местного сопротивления элемента (например, противопожарного клапана), вносят в паспорт изделия или размещают в технической документации на своем сайте.
Для упрощения процесса вычисления потерь вентиляционных воздуховодов все значения динамического воздействия для разных скоростей также просчитаны и сведены в таблицы, из которых их можно просто выбирать и вставлять в формулы. В Таблице 1 приведены некоторые значения при самых применяемых на практике скоростях движения воздуха в воздуховодах.
Лекция 2. Потери давления в воздуховодах
План лекции. Массовый и объемный потоки воздуха. Закон Бернулли. Потери давления в горизонтальном и вертикальном воздуховодах: коэффициент гидравлического сопротивления, динамический коэффициент, число Рейнольдса. Потери давления в отводах, местных сопротивлениях, на разгон пылевоздушной смеси. Потери давления в высоконапорной сети. Мощность пневмотранспортной системы.
2. Пневматические параметры течения воздуха
2.1. Параметры воздушного потока
Под действием вентилятора в трубопроводе создается воздушный поток. Важными параметрами воздушного потока являются его скорость, давление, плотность, массовый и объемный расходы воздуха. Расходы воздуха объемный Q , м 3 /с, и массовый М , кг/с, связаны между собой следующим образом:
;
,
(3)
где F – площадь поперечного сечения трубы, м 2 ;
v – скорость воздушного потока в заданном сечении, м/с;
ρ – плотность воздуха, кг/м 3 .
Давление в воздушном потоке различают статическое, динамическое и полное.
Статическим давлением Р ст принято называть давление частиц движущегося воздуха друг на друга и на стенки трубопровода. Статическое давление отражает потенциальную энергию воздушного потока в том сечении трубы, в котором оно измерено.
Динамическое давление воздушного потока Р дин , Па, характеризует его кинетическую энергию в сечении трубы, где оно измерено:
.
Полное давление воздушного потока определяет всю его энергию и равно сумме статического и динамического давлений, измеренных в одном и том же сечении трубы, Па:
Р = Р ст + Р д .
Отсчет давлений можно вести либо от абсолютного вакуума, либо относительно атмосферного давления. Если давление отсчитывается от нуля (абсолютного вакуума), то оно называется абсолютным Р . Если давление измерять относительно давления атмосферы, то это будет относительное давление Н .
Н = Н ст + Р д .
Атмосферное давление равно разности полных давлений абсолютного и относительного
Р атм = Р – Н .
Давление воздуха измеряют Па (Н/м 2), мм водяного столба или мм ртутного столба:
1 мм вод. ст. = 9,81 Па; 1 мм рт. ст. = 133,322 Па. Нормальное состояние атмосферного воздуха соответствует следующим условиям: давление 101325 Па (760 мм рт. ст.) и температура 273К.
Плотность воздуха есть масса единицы объема воздуха. По уравнению Клайперона плотность чистого воздуха при температуре 20ºС
кг/м 3 .
где R – газовая постоянная, равная для воздуха 286,7 Дж/(кг К); T – температура по шкале Кельвина.
Уравнение Бернулли. По условию неразрывности воздушного потока расход воздуха постоянен для любого сечения трубы. Для сечений 1, 2 и 3 (рис. 6) это условие можно записать так:
;
При изменении давления воздуха в пределах до 5000 Па плотность его остается практически постоянной. В связи с этим
;
Q 1 = Q 2 = Q 3 .
Изменение давления воздушного потока по длине трубы подчиняется закону Бернулли. Для сечений 1, 2 можно написать
где р 1,2 – потери давления, вызванные сопротивлением потока о стенки трубы на участке между сечениями 1 и 2, Па.
С уменьшением площади поперечного сечения 2 трубы скорость воздуха в этом сечении увеличится, так что объемный расход останется неизменным. Но с увеличением v 2 возрастет динамическое давление потока. Для того, чтобы равенство (5) выполнялось, статическое давление должно упасть ровно на столько, на сколько увеличится динамическое давление.
При увеличении площади сечения динамическое давление в сечении упадет, а статическое ровно на столько же увеличится. Полное же давление в сечении останется величиной неизменной.
2.2. Потери давления в горизонтальном воздуховоде
Потеря давления на трение пылевоздушного потока в прямом воздуховоде с учетом концентрации смеси, определяется по формуле Дарси-Вейсбаха, Па
где l – длина прямолинейного участка трубопровода, м;
- коэффициент гидравлического сопротивления (трения);
d
р дин – динамическое давление, исчисляемое по средней скорости воздуха и его плотности, Па;
К
– комплексный
коэффициент; для трасс с частыми
поворотами К
= 1,4; для трасс прямолинейных
с небольшим количеством поворотов
,
где d
– диаметр
трубопровода, м;
К тм – коэффициент, учитывающий вид транспортируемого материала, значения которого приведены ниже:
Коэффициент гидравлического сопротивления в инженерных расчетах определяют по формуле А.Д. Альтшуля
,
(7)
где К э – абсолютная эквивалентная шероховатость поверхности, К э = (0,0001… 0,00015) м;
d – внутренний диаметр трубы, м;
R е – число Рейнольдса.
Число Рейнольдса для воздуха
,
(8)
где v – средняя скорость воздуха в трубе, м/с;
d – диаметр трубы, м;
- плотность воздуха, кг/м 3 ;
1 – коэффициент динамической вязкости, Нс/м 2 ;
Значение динамического коэффициента вязкости для воздуха находят по формуле Милликена, Нс/м2
1 = 17,11845 10 -6 + 49,3443 10 -9 t , (9)
где t – температура воздуха, С.
При t = 16 С 1 = 17,11845 10 -6 + 49,3443 10 -9 16 =17,910 -6 .
2.3. Потери давления в вертикальном воздуховоде
Потери давления при перемещении аэросмеси в вертикальном трубопроводе, Па:
,
(10)
где - плотность воздуха, = 1,2 кг/м 3 ;
g = 9,81 м/с 2 ;
h – высота подъема транспортируемого материала, м.
При расчете аспирационных систем, в которых концентрация аэросмеси 0,2 кг/кг значение р под учитывают только при h 10 м. Для наклонного трубопровода h = l sin, где l – длина наклонного участка, м; - угол наклона трубопровода.
2.4. Потери давления в отводах
В зависимости от ориентации отвода (поворота воздуховода на некоторый угол) в пространстве различают два вида отводов: вертикальные и горизонтальные.
Вертикальные отводы обозначают начальными буквами слов, отвечающих на вопросы по схеме: из какого трубопровода, куда и в какой трубопровод направляется аэросмесь. Различают следующие отводы:
– Г-ВВ – транспортируемый материал движется из горизонтального участка вверх в вертикальный участок трубопровода;
– Г-НВ – то же из горизонтального вниз в вертикальный участок;
– ВВ-Г – то же из вертикального вверх в горизонтальный;
– ВН-Г – то же из вертикального вниз в горизонтальный.
Горизонтальные отводы бывают только одного типа Г-Г.
В практике инженерных расчетов потерю давления в отводе сети находят по следующим формулам.
При значениях расходной концентрации 0,2 кг/кг
где
-
сумма коэффициентов местного сопротивления
отводов ветви (табл. 3) при R
/
d
= 2, где R
– радиус
поворота осевой линии отвода; d
–
диаметр трубопровода; динамическое
давление воздушного потока
.
При значениях 0,2 кг/кг
где - сумма условных коэффициентов, учитывающих потери давления на поворот и разгон материала за отводом.
Значения о усл находят по величине табличных т (табл. 4) с учетом коэффициента на угол поворота К п
о усл = т К п . (13)
Поправочные коэффициенты К п берут в зависимости от угла поворота отводов :
|
К п |
Таблица 3
Коэффициенты местного сопротивления отводов о при R / d = 2
|
Конструкция отводов |
Угол поворота, |
|||
|
Отводы гнутые, штампованные, сварные из 5 звеньев и 2 стаканов |
||||
Расчёт вентиляции это расчёт воздуховодов и вентиляционных каналов в системах приточной и вытяжной вентиляции . Вентиляция служит для подачи и удаления воздуха с температурой до 80°С. Расчёт производится по методу удельных потерь давления. Общие потери давления, кгс/м², в сети воздуховодов для стандартного воздуха (t = 20°C и γ = 1,2 кг/м³) определяются по формуле:
p =∑(Rl+Z),
где R- потери давления на трение на расчётном отрезке кгс/м² на 1 м; l- длинна отрезка воздуховода, м; Z- потери давления на местные сопротивления на расчётном отрезке, кгс/м².
Потери давления на трение R, кгс/м² на 1 м в круглых воздуховодах определяются по формуле R= λd v²γ2g , где λ- коэффициент сопротивления трения; d – диаметр воздуховода, м; v – скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с; γ - объемная масса воздуха, перемещаемая по воздуховоду, кгс/м³; v²γ/2g- скоростное (динамическое) давление, кгс/м².
Коэффициент сопротивления принят по формуле Альтшуля:
где Δэ- абсолютная эквивалентная шероховатость поверхности воздуховода из листовой стали, равная 0,1 мм; d – диаметр воздуховода, мм; Re- число Рейнольдса.
Для воздуховодов изготовленных из других материалов с абсолютной эквивалентной шероховатостью Кэ≥0,1 мм значения R принимаются с поправочным коэффициентом n на потери давления на трение.
Значение Δэ для других материалов:
- Листовая сталь - 0,1мм
- Винипласт – 0,1мм
- Асбестоцементные трубы – 0,11мм
- Кирпич – 4мм
- Штукатурка по сетке – 10мм
|
м/с |
n при Δэ, мм |
|||
Рекомендуемая скорость движения воздуха в воздуховодах при механическом побуждении. Производственные здания магистральные воздуховоды – до 12 м/с, воздуховоды ответвления – 6 м/с. Общественные здания магистральные воздуховоды – до 8 м/с, воздуховоды ответвления – 5 м/с.
В воздуховодах прямоугольного сечения за расчётную величину d принимается эквивалентный диаметр dэv, при котором потери давления в круглом воздуховоде при той же скорости воздуха равны потерям в прямоугольном воздуховоде. Значения эквивалентных диаметров, м, определены по формуле
где А и В – размеры сторон прямоугольного воздуховода. Стоит учитывать, что при равной скорости воздуха прямоугольный воздуховод и аналогичный круглый имеют разные расходы воздуха. Значение скоростного (динамического) давления и удельные потери давления на трение для круглых воздуховодов.
|
v2γ2g |
м/с |
Количество проходящего воздуха м³/ч |
||||||
|
Потери давления на трение кгс/м² |
||||||||
Потери давления Z, кгс/м², на местные сопротивления определяют по формуле
Z = ∑ζ(v²γ/2g),
где ∑ζ- сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчётном отрезке воздуховода. Если температура перемещаемого воздуха не равна 20°C на потери давления, посчитанные по формуле p =∑(Rl+Z), требуется вводить поправочные коэффициенты K1 – трение, K2 – местные сопротивления.
|
t °C |
t °C |
t °C |
t °C |
||||||||
Если неувязки потерь давления по ответвлениям воздуховодов в пределах 10% следует устанавливать ирисовые клапаны.
где R - потери давления на трение в расчете на 1 погонный метр воздуховода, l - длина воздуховода в метрах, z - потери давления на местные сопротивления (при переменном сечении).
1. Потери на трение:
Pтр = (x*l/d) * (v*v*y)/2g,
z = Q* (v*v*y)/2g,
Метод допустимых скоростей
При расчете сети воздуховодов по методу допустимых скоростей за исходные данные принимают оптимальную скорость воздуха (см. таблицу). Затем считают нужное сечение воздуховода и потери давления в нем.
Данный метод предполагает постоянную потерю напора на 1 погонный метр воздуховода. На основе этого определяются размеры сети воздуховодов. Метод постоянной потери напора достаточно прост и применяется на стадии технико-экономического обоснования систем вентиляции:
В диаграмме потерь напора указаны диаметры круглых воздуховодов . Если вместо них используются воздуховоды прямоугольного сечения, то необходимо найти их эквивалентные диаметры с помощью приведенной ниже таблицы.
Примечания:
Если места недостаточно (например, при реконструкции), выбирают прямоугольные воздуховоды . Как правило, ширина воздуховода в 2 раза больше высоты).
Этим материалом редакция журнала „Мир Климата“ продолжает публикацию глав из книги „Системы вентиляции и кондиционирования. Рекомендации по проектированию для произ-
водственных и общественных зданий“. Автор Краснов Ю.С.
Аэродинамический расчет воздуховодов начинают с вычерчивания аксонометрической схемы (М 1: 100), проставления номеров участков, их нагрузок L (м 3 /ч) и длин I (м). Определяют направление аэродинамического расчета - от наиболее удаленного и нагруженного участка до вентилятора. При сомнениях при определении направления рассчитывают все возможные варианты.
Расчет начинают с удаленного участка: определяют диаметр D (м) круглого или площадь F (м 2) поперечного сечения прямоугольного воздуховода:
Скорость растет по мере приближения к вентилятору.
По приложению Н из принимают ближайшие стандартные значения: D CT или (а х b) ст (м).
Гидравлический радиус прямоугольных воздуховодов (м):
 |
где - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке воздуховодов.
Местные сопротивления на границе двух участков (тройники, крестовины) относят к участку с меньшим расходом.
Коэффициенты местных сопротивлений даны в приложениях.
Схема приточной системы вентиляции, обслуживающей 3-этажное административное здание
Пример расчета
Исходные данные:
| № участков | подача L, м 3 /ч | длина L, м | υ рек, м/с |
сечение
а × b, м |
υ ф, м/с | D l ,м | Re | λ | Kmc | потери на участке Δр, па |
| решетка рр на выходе | 0,2 × 0,4 | 3,1 | - | - | - | 1,8 | 10,4 | |||
| 1 | 720 | 4,2 | 4 | 0,2 × 0,25 | 4,0 | 0,222 | 56900 | 0,0205 | 0,48 | 8,4 |
| 2 | 1030 | 3,0 | 5 | 0,25× 0,25 | 4,6 | 0,25 | 73700 | 0,0195 | 0,4 | 8,1 |
| 3 | 2130 | 2,7 | 6 | 0,4 × 0,25 | 5,92 | 0,308 | 116900 | 0,0180 | 0,48 | 13,4 |
| 4 | 3480 | 14,8 | 7 | 0,4 × 0,4 | 6,04 | 0,40 | 154900 | 0,0172 | 1,44 | 45,5 |
| 5 | 6830 | 1,2 | 8 | 0,5 × 0,5 | 7,6 | 0,50 | 234000 | 0,0159 | 0,2 | 8,3 |
| 6 | 10420 | 6,4 | 10 | 0,6 × 0,5 | 9,65 | 0,545 | 337000 | 0,0151 | 0,64 | 45,7 |
| 6а | 10420 | 0,8 | ю. | Ø0,64 | 8,99 | 0,64 | 369000 | 0,0149 | 0 | 0,9 |
| 7 | 10420 | 3,2 | 5 | 0,53 × 1,06 | 5,15 | 0,707 | 234000 | 0,0312 ×n | 2,5 | 44,2 |
| Суммарные потери: 185 | ||||||||||
| Таблица 1. Аэродинамический расчет | ||||||||||
Воздуховоды изготовлены из оцинкованной тонколистовой стали, толщина и размер которой соответствуют прил. Н из. Материал воздухозаборной шахты - кирпич. В качестве воздухораспределителей применены решетки регулируемые типа РР с возможными сечениями: 100 х 200; 200 х 200; 400 х 200 и 600 х 200 мм, коэффициентом затенения 0,8 и максимальной скоростью воздуха на выходе до 3 м/с.
Сопротивление приемного утепленного клапана с полностью открытыми лопастями 10 Па. Гидравлическое сопротивление калориферной установки 100 Па (по отдельному расчету). Сопротивление фильтра G-4 250 Па. Гидравлическое сопротивление глушителя 36 Па (по акустическому расчету). Исходя из архитектурных требований проектируют воздуховоды прямоугольного сечения.
Сечения кирпичных каналов принимают по табл. 22.7 .
Коэффициенты местных сопротивлений
Участок 1. Решетка РР на выходе сечением 200×400 мм (рассчитывают отдельно):
| № участков | Вид местного сопротивления | Эскиз | Угол α, град. | Отношение | Обоснование | КМС | ||
| F 0 /F 1 | L 0 /L ст | f прох /f ств | ||||||
| 1 | Диффузор |
 |
20 | 0,62 | - | - | Табл. 25.1 | 0,09 |
| Отвод |
 |
90 | - | - | - | Табл. 25.11 | 0,19 | |
| Тройник-проход |
 |
- | - | 0,3 | 0,8 | Прил. 25.8 | 0,2 | |
| ∑ = | 0,48 | |||||||
| 2 | Тройник-проход |
 |
- | - | 0,48 | 0,63 | Прил. 25.8 | 0,4 |
| 3 | Тройник-ответвление |
 |
- | 0,63 | 0,61 | - | Прил. 25.9 | 0,48 |
| 4 | 2 отвода | 250 × 400 | 90 | - | - | - | Прил. 25.11 | |
| Отвод | 400 × 250 | 90 | - | - | - | Прил. 25.11 | 0,22 | |
| Тройник-проход |
 |
- | - | 0,49 | 0,64 | Табл. 25.8 | 0,4 | |
| ∑ = | 1,44 | |||||||
| 5 | Тройник-проход |
 |
- | - | 0,34 | 0,83 | Прил. 25.8 | 0,2 |
| 6 | Диффузор после вентилятора |
 |
h=0,6 | 1,53 | - | - | Прил. 25.13 | 0,14 |
| Отвод | 600 × 500 | 90 | - | - | - | Прил. 25.11 | 0,5 | |
| ∑= | 0,64 | |||||||
| 6а | Конфузор перед вентилятором |
 |
D г =0,42 м | Табл. 25.12 | 0 | |||
| 7 | Колено | 90 | - | - | - | Табл. 25.1 | 1,2 | |
| Решетка жалюзийная | Табл. 25.1 | 1,3 | ||||||
| ∑ = | 1,44 | |||||||
| Таблица 2. Определение местных сопротивлений | ||||||||
Краснов Ю.С.,
Когда известны параметры воздуховодов (их длина, сечение, коэффициент трения воздуха о поверхность), можно рассчитать потери давления в системе при проектируемом расходе воздуха.
Общие потери давления (в кг/кв.м.) рассчитываются по формуле:
где R - потери давления на трение в расчете на 1 погонный метр воздуховода, l - длина воздуховода в метрах, z - потери давления на местные сопротивления (при переменном сечении).
1. Потери на трение:
В круглом воздуховоде потери давления на трение P тр считаются так:
Pтр = (x*l/d) * (v*v*y)/2g,
где x - коэффициент сопротивления трения, l - длина воздуховода в метрах, d - диаметр воздуховода в метрах, v - скорость течения воздуха в м/с, y - плотность воздуха в кг/куб.м., g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2).
- Замечание: Если воздуховод имеет не круглое, а прямоугольное сечение, в формулу надо подставлять эквивалентный диаметр, который для воздуховода со сторонами А и В равен: dэкв = 2АВ/(А + В)
2. Потери на местные сопротивления:
Потери давления на местные сопротивления считаются по формуле:
z = Q* (v*v*y)/2g,
где Q - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке воздуховода, для которого производят расчет, v - скорость течения воздуха в м/с, y - плотность воздуха в кг/куб.м., g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2). Значения Q содержатся в табличном виде.
Метод допустимых скоростей
При расчете сети воздуховодов по методу допустимых скоростей за исходные данные принимают оптимальную скорость воздуха (см. таблицу). Затем считают нужное сечение воздуховода и потери давления в нем.
Порядок действий при аэродинамическом расчете воздуховодов по методу допустимых скоростей:
- Начертить схему воздухораспределительной системы. Для каждого участка воздуховода указать длину и количество воздуха, проходящего за 1 час.
- Расчет начинаем с самых дальних от вентилятора и самых нагруженных участков.
- Зная оптимальную скорость воздуха для данного помещения и объем воздуха, проходящего через воздуховод за 1 час, определим подходящий диаметр (или сечение) воздуховода.
- Вычисляем потери давления на трение P тр.
- По табличным данным определяем сумму местных сопротивлений Q и рассчитываем потери давления на местные сопротивления z.
- Располагаемое давление для следующих ветвлений воздухораспределительной сети определяется как сумма потерь давления на участках, расположенных до данного ветвления.
В процессе расчета нужно последовательно увязать все ветви сети, приравняв сопротивление каждой ветви к сопротивлению самой нагруженной ветви. Это делают с помощью диафрагм. Их устанавливают на слабо нагруженные участки воздуховодов, повышая сопротивление.
Таблица максимальной скорости воздуха в зависимости от требований к воздуховоду
Примечание: скорость воздушного потока в таблице дана в метрах в секунду
Метод постоянной потери напора
Данный метод предполагает постоянную потерю напора на 1 погонный метр воздуховода. На основе этого определяются размеры сети воздуховодов. Метод постоянной потери напора достаточно прост и применяется на стадии технико-экономического обоснования систем вентиляции:
- В зависимости от назначения помещения по таблице допустимых скоростей воздуха выбирают скорость на магистральном участке воздуховода.
- По определенной в п.1 скорости и на основании проектного расхода воздуха находят начальную потерю напора (на 1 м длины воздуховода). Для этого служит нижеприведенная диаграмма.
- Определяют самую нагруженную ветвь, и ее длину принимают за эквивалентную длину воздухораспределительной системы. Чаще всего это расстояние до самого дальнего диффузора.
- Умножают эквивалентную длину системы на потерю напора из п.2. К полученному значению прибавляют потерю напора на диффузорах.
Теперь по приведенной ниже диаграмме определяют диаметр начального воздуховода, идущего от вентилятора, а затем диаметры остальных участков сети по соответствующим расходам воздуха. При этом принимают постоянной начальную потерю напора.
Диаграмма определения потерь напора и диаметра воздуховодов
Использование прямоугольных воздуховодов
В диаграмме потерь напора указаны диаметры круглых воздуховодов. Если вместо них используются воздуховоды прямоугольного сечения, то необходимо найти их эквивалентные диаметры с помощью приведенной ниже таблицы.
Примечания:
- Если позволяет пространство, лучше выбирать круглые или квадратные воздуховоды;
- Если места недостаточно (например, при реконструкции), выбирают прямоугольные воздуховоды. Как правило, ширина воздуховода в 2 раза больше высоты).
В таблице по горизонтальной указана высота воздуховода в мм, по вертикальной - его ширина, а в ячейках таблицы содержатся эквивалентные диаметры воздуховодов в мм.
Таблица эквивалентных диаметров воздуховодов
Расчет приточных и вытяжных систем воздуховодов сводится к определению размеров поперечного сечения каналов, их сопротивления движению воздуха и увязки напора в параллельных соединениях. Расчет потерь напора следует вести методом удельных потерь напора на трение.
Методика расчета:
Строится аксонометрическая схема вентиляционной системы, система разбивается на участки, на которые наносятся длина и значение расхода. Расчетная схема представлена на рисунке 1.
Выбирается основное (магистральное) направление, которое представляет собой наиболее протяженную цепочку последовательно расположенных участков.
3. Нумеруются участки магистрали, начиная с участка с наименьшим расходом.
4. Определяются размеры поперечного сечения воздуховодов на расчетных участках магистрали. Определяем площади поперечного сечения, м 2:
F р =L p /3600V p ,
где L р – расчетный расход воздуха на участке, м 3 /ч;
По найденным значениям F р ] принимаются размеры воздуховодов, т.е. находится F ф.
5. Определяется фактическая скорость V ф, м/с:
V ф = L p / F ф,
где L р – расчетный расход воздуха на участке, м 3 /ч;
F ф – фактическая площадь поперечного сечения воздуховода, м 2 .
Определяем эквивалентный диаметр по формуле:
d экв = 2·α·b/(α+b) ,
где α и b – поперечные размеры воздуховода, м.
6. По значениям d экв и V ф определяются значения удельных потерь давления на трение R.
Потери давления на трения на расчетном участке составят
P т =R·l·β ш,
где R – удельные потери давления на трение, Па/м;
l – длина участка воздуховода, м;
β ш – коэффициент шероховатости.
7. Определяются коэффициенты местных сопротивлений и просчитываются потери давления в местных сопротивлениях на участке:
z = ∑ζ·P д,
где P д – динамическое давление:
Pд=ρV ф 2 /2,
где ρ – плотность воздуха, кг/м 3 ;
V ф – фактическая скорость воздуха на участке, м/с;
∑ζ – сумма КМС на участке,
8. Рассчитываются полные потери по участкам:
ΔР = R·l·β ш + z,
l – длина участка, м;
z - потери давления в местных сопротивлениях на участке, Па.
9. Определяются потери давления в системе:
ΔР п = ∑(R·l·β ш + z) ,
где R - удельные потери давления на трение, Па/м;
l – длина участка, м;
β ш – коэффициент шероховатости;
z- потери давления в местных сопротивлениях на участке, Па.
10. Проводится увязка ответвлений. Увязка производится, начиная с самых протяженных ответвлений. Она аналогична расчету основного направления. Сопротивления на всех параллельных участках должны быть равны: невязка не более 10%:
где Δр 1 и Δр 2 – потери в ветвях с большими и меньшими потерями давления, Па. Если невязка превышает заданное значение, то ставится дроссель-клапан.
Рисунок 1 – Расчетная схема приточной системы П1.
Последовательность расчета приточной системы П1
Участок 1-2, 12-13, 14-15,2-2’,3-3’,4-4’,5-5’,6-6’,13-13’,15-15’,16-16’:
Участок 2-3, 7-13, 15-16:
Участок 3-4, 8-16:
Участок 4-5:
Участок 5-6:
Участок 6-7:
Участок 7-8:
Участок 8-9:
Местные сопротивления
Участок 1-2:
а) на выход: ξ = 1,4
б) отвод 90°: ξ = 0,17
в) тройник на прямой проход:
Участок 2-2’:
а) тройник на ответвление
Участок 2-3:
а) отвод 90°: ξ = 0,17
б) тройник на прямой проход:
ξ = 0,25
Участок 3-3’:
а) тройник на ответвление
Участок 3-4:
а) отвод 90°: ξ = 0,17
б) тройник на прямой проход:
Участок 4-4’:
а) тройник на ответвление
Участок 4-5:
а) тройник на прямой проход:
Участок 5-5’:
а) тройник на ответвление
Участок 5-6:
а) отвод 90°: ξ = 0,17
б) тройник на прямой проход:
Участок 6-6’:
а) тройник на ответвление
Участок 6-7:
а) тройник на прямой проход:
ξ = 0,15
Участок 7-8:
а) тройник на прямой проход:
ξ = 0,25
Участок 8-9:
а) 2 отвода 90°: ξ = 0,17
б) тройник на прямой проход:
Участок 10-11:
а) отвод 90°: ξ = 0,17
б) на выход: ξ = 1,4
Участок 12-13:
а) на выход: ξ = 1,4
б) отвод 90°: ξ = 0,17
в) тройник на прямой проход:
Участок 13-13’
а) тройник на ответвление
Участок 7-13:
а) отвод 90°: ξ = 0,17
б) тройник на прямой проход:
ξ = 0,25
в) тройник на ответвление:
ξ = 0,8
Участок 14-15:
а) на выход: ξ = 1,4
б) отвод 90°: ξ = 0,17
в) тройник на прямой проход:
Участок 15-15’:
а) тройник на ответвление
Участок 15-16:
а) 2 отвода 90°: ξ = 0,17
б) тройник на прямой проход:
ξ = 0,25
Участок 16-16’:
а) тройник на ответвление
Участок 8-16:
а) тройник на прямой проход:
ξ = 0,25
б) тройник на ответвление:
Аэродинамический расчет приточной системы П1
|
Расход, L, м³/ч |
Длина, l, м |
Размеры воздуховода |
Скорость воздуха V, м/с |
Потери на 1 м длины уч-ка R, Па |
Коэфф. шероховатости m |
Потери на трение Rlm, Па |
Сумма КМС, Σξ |
Динамическое давление Рд, Па |
Потери на местные сопр, Z |
Потери давления на участке, ΔР, Па |
||||||||||||
|
Площадь сечения F, м² |
Эквивалентный диаметр |
|||||||||||||||||||||
Выполним невязку приточной системы П1, которая должна составить не более 10 %.
Так как невязка превышает допустимые 10%, необходимо поставить диафрагму.
Диафрагму устанавливаю на участке 7-13, V = 8,1 м/с, Р С = 20,58 Па
Следовательно для воздуховода диаметром 450 устанавливаю диафрагму диаметром 309.
Загрузка...
