Лекции - Аэродинамика и вентиляция. Часть 1
Подождите немного. Документ загружается.
АЭРОДИНАМИКА ВЕНТИЛЯЦИИ. Конспект лекций. Часть 1.
31
ДонНАСА Кафедра ТТГВ. Маркин А.Н.
В
частном
случае
,
когда
воздух
выходит
из
воздуховода
в
бесконечно
большой
объем
,
площадь
F
2
=
∞
,
а
скорость
v
2
= 0.
Следовательно
,
получим
для
потерь
давления
формулу
,
аналогичную
(5.3),
а
для
коэффициента
местного
сопротивления
–
формулу
,
аналогичную
(5.4).
При
постепенном
расширении
воздуховода
значение
аэродинамического
коэффициента
неиз
-
вестно
,
но
,
по
-
видимому
,
близко
к
нулю
.
Вследствие
этого
,
если
в
равенстве
(5.6)
принять
k
1
= 0,
то
его
правую
часть
необходимо
умножить
на
поправочный
коэффициент
η
< 1,
что
даст
:
( )
2
21
2
vvp −=∆
ρ
η
,
и
,
соответственно
2
2
1
1
−=
F
F
ηζ
. (5.9)
Коэффициент
η
носит
название
коэффициент смягчения удара
.
Потери
давления
при
сужении
поперечного
сечения
воздуховода
Вначале
рассмотрим
воздуховод
,
у
которого
по
направлению
течения
потока
происходит
вне
-
запное
сужение
поперечного
сечения
,
причем
в
этом
месте
имеется
достаточно
длинный
патрубок
с
тонкими
стенками
(
рисунок
5.3).
Выбрав
два
сечения
1-1
и
2-2,
значительно
удаленные
от
входа
в
узкую
часть
воздуховода
,
про
-
ведем
такие
же
выкладки
,
как
и
в
случае
расширения
воздуховода
.
В
результате
получим
,
что
по
-
тери
давления
при
сужении
определяются
по
формуле
:
( ) ( )
[
]
1211
2
12
2
vvvkvvp −+−=∆
ρ
. (5.10)
На
основании
опытов
установлено
,
что
2
2
1
11
v
pr
ρ
+=
и
,
следовательно
, k
1
= 1.
Подставляя
это
значение
k
1
в
формулу
(5.10),
получим
:
( )
122
2
vvvp −=∆
ρ
. (5.11)
Коэффициент
местного
сопротивления
,
отнесенный
к
скорости
в
узкой
части
воздуховода
,
бу
-
дет
равен
:
1
2
2
1
2
2
11
2/ F
F
v
v
v
p
−=−=
∆
=
ρ
ζ
. (5.12)
В
частном
случае
,
когда
воздух
поступает
в
воздуховод
из
бесконечно
большого
объема
,
пло
-
щадь
F
1
=
∞
,
а
скорость
v
1
= 0.
Следовательно
,
получим
∆
p =
ρ
v
2
2
/2
и
ζ
= 1.
При
коротком
патрубке
значение
аэродинамического
коэффициента
будет
несколько
меньше
единицы
.
Поэтому
если
в
формуле
(5.10)
принять
k
1
= 1,
то
правую
часть
следует
умножить
на
по
-
правочный
коэффициент
η
в
< 1,
что
даст
:
( )
122
2
vvvp
в
−=∆
ρ
η
,
и
,
соответственно
−=
1
2
1
F
F
в
ηζ
(5.13)
1
1
2
2
Рис
. 5.3
r
1
(
F
1
-
F
2
)
АЭРОДИНАМИКА ВЕНТИЛЯЦИИ. Конспект лекций. Часть 1.
32
ДонНАСА Кафедра ТТГВ. Маркин А.Н.
Коэффициент
η
в
носит
название
коэффициент смягчения входа
.
Опытами
установлено
,
что
для
внезапного
сужения
воздуховода
без
патрубка
η
в
= 0,5.
Тогда
:
( )
122
2
5,0 vvvp −=∆
ρ
и
−=
1
2
15,0
F
F
ζ
. (5.14)
Потери
давления
в
местных
сопротивлениях
других
типов
1.
Потери
давления
при
изменении
направления
движения
.
Потери
давления
в
изогнутых
элементах
воздуховодов
связаны
,
главным
образом
,
с
отрывом
потока
от
стенок
и
возникновения
градиента
давлений
(
рисунок
5.4).
Например
,
в
отводе
на
внешней
(
относительно
центра
изгиба
)
стенке
давление
потока
более
высокое
,
а
на
внутренней
стенке
более
низкое
.
Таким
образом
,
в
отводе
имеется
две
области
,
в
ко
-
торых
возможно
возникновение
отрыва
потока
от
стенки
:
-
одна
на
внешней
стенке
(
относительно
центра
изгиба
воздуховода
)
на
входе
в
отвод
;
-
другая
на
внутренней
стенке
на
выходе
из
отвода
(
рисунок
5.4).
Вследствие
наличия
градиента
давления
распределение
скоростей
в
сечениях
потока
неравно
-
мерное
,
что
приводит
к
его
отрыву
от
стенок
.
При
этом
размер
ядра
потока
сначала
уменьшается
,
а
затем
увеличивается
,
что
приводит
к
значительным
потерям
давления
.
Указанные
эффекты
про
-
являются
тем
сильнее
,
чем
меньше
радиус
изгиба
r
и
чем
больший
угол
поворота
α
.
Потери
давления
в
отводе
с
острыми
краями
(
колене
) (
рисунок
5.5)
зависят
,
в
первую
очередь
,
от
угла
поворота
,
а
также
от
размеров
поперечного
сечения
и
соотношения
площадей
сечения
до
и
после
поворота
и
шероховатости
стенок
.
Для
отвода
с
острыми
краями
(
колена
)
квадратного
сечения
коэффициент
местного
сопротив
-
ления
ζ
можно
принимать
по
данным
таблицы
5.1.
Таблица
5.1
Значения
ζ
отвода
с
острыми
краями
(
колена
)
квадратного
сечения
в
зависимости
от
угла
поворота
α
α
,
град
0 20 30 40 50 60 70 80 90
ζ
0 0,12 0,15 0,30 0,40 0,55 0,75 0,95 1,2
Потери
давления
в
отводе
с
острыми
краями
(
колене
)
можно
значительно
снизить
за
счет
скругления
его
внутренней
стенки
.
Например
,
для
отвода
с
острыми
краями
(
колена
)
квадратного
сечения
с
углом
поворота
α
= 90°
при
скруглении
внутренней
стенки
r/a = 1…1,5 (
внешняя
стенка
не
скруглена
)
коэффициент
ζ
уменьшается
с
1,2
до
0,18…0,20.
Что
примечательно
,
скругление
внешней
стенки
колена
не
приводит
к
существенному
сниже
-
нию
величины
коэффициента
местного
сопротивления
(
и
,
соответственно
,
величины
потерь
дав
-
ления
в
нем
).
2.
Потери
давления
при
входе
в
трубопровод
.
Как
ранее
было
показано
,
коэффициент
местного
сопротивления
при
входе
в
открытый
конец
D
α
r
Рис
. 5.4
a, b
α
Рис
. 5.
5
АЭРОДИНАМИКА ВЕНТИЛЯЦИИ. Конспект лекций. Часть 1.
33
ДонНАСА Кафедра ТТГВ. Маркин А.Н.
воздуховода
равен
ζ
= 1.
При
входе
воздуха
в
отверстие
в
стенке
коэффициент
местного
сопротив
-
ления
входа
будет
существенно
зависеть
от
способа
конструктивного
оформления
входа
.
Значения
коэффициентов
местного
сопротивления
отверстия
в
стенке
с
различным
оформлени
-
ем
входных
кромок
приведены
в
таблице
5.2.
Таблица
5.2
Форма
кромок
Острые
Скошенные
Скругленные
ζ
0,5 0,25 0,05
Наличие
перед
входом
в
трубопровод
экрана
(
рисунок
5.7)
увеличивает
коэффициент
местного
сопротивления
входа
.
И
только
при
расположении
экрана
на
расстоянии
h
≥
D
экран
не
влияет
на
значение
ζ
.
3.
Потери
давления
в
местах
сужения
поперечного
сечения
воздуховода
.
Сужение
поперечного
сечения
воздуховода
в
виде
запорно
-
регулирующих
устройств
(
шиберов
,
клапанов
и
т
.
д
.)
используют
для
регулирования
расхода
в
системе
.
В
месте
сужения
поперечного
сечения
в
соответствии
с
уравнением
неразрывности
скорость
потока
увеличивается
,
а
затем
уменьшается
и
на
некотором
расстоянии
от
места
сужения
приобре
-
тает
прежний
(
как
до
места
сужения
)
вид
.
Коэффициенты
местного
сопротивления
в
этом
случае
очень
большие
,
особенно
когда
запорное
устройство
почти
полностью
перекрывает
проходное
се
-
чение
воздуховода
.
Схема
течения
в
районе
расположения
шибера
показана
на
рисунке
5.8,
а
соответствующие
значения
коэффициентов
местного
сопротивления
приведены
в
таблице
5.3.
Схема
течения
в
дроссель
-
клапане
показана
на
рисунке
5.9,
а
соответствующие
значения
коэф
-
фициентов
местного
сопротивления
приведены
в
таблице
5.4.
Таблица
5.3
Значения
коэффициентов
местного
сопротивления
шибера
Положение
шибера
h/D 0,25 0,5 0,75 0,87
ζ
0,26 2,1 17,0 98,0
Таблица
5.4
Значения
коэффициентов
местного
сопротивления
дроссель
-
клапана
Положение
клапана
α
,
град
10 20 40 60 70
ζ
0,52 1,54 10,8 110,0 751,0
3.
Потери
давления
при
слиянии
и
разделении
потоков
в
тройниках
.
Геометрически
каждый
тройник
характеризуется
углом
α
примыкания
ответвления
к
воздухо
-
Скошенные
кромки
Скругленные
кромки
Острые
кромки
Рис
. 5.6
Рис
. 5.7
h
D
Экран
D
h
Рис
. 5.8
Рис
. 5.9
α
АЭРОДИНАМИКА ВЕНТИЛЯЦИИ. Конспект лекций. Часть 1.
34
ДонНАСА Кафедра ТТГВ. Маркин А.Н.
воду
и
отношением
площадей
поперечных
сечений
ответвления
и
прохода
к
площади
поперечного
сечения
ствола
ω
о
/
ω
с
и
ω
п
/
ω
с
.
потери
давления
в
тройнике
возникают
вследствие
образованию
вихревых
зон
при
изменении
скоростей
потоков
,
которые
объединяются
или
разделяются
,
а
также
в
результате
изменения
на
-
правления
движения
в
ответвлениях
.
В
одном
и
том
же
тройнике
во
время
работы
на
всасывание
потери
давления
больше
,
чем
при
таком
же
расходе
и
работе
на
нагнетание
.
Это
объясняется
тем
,
что
при
всасывании
добавляются
потери
давление
на
турбулентное
перемешивание
потоков
,
которые
объединяются
в
один
после
соединения
в
тройнике
.
Сопротивление
тройника
можно
существенно
снизить
,
если
:
в
месте
присоединения
ответвле
-
ния
выполнить
некоторое
скругление
стыка
;
начальный
участок
ответвления
(
в
месте
присоедине
-
ния
к
воздуховоду
)
выполнить
в
виде
конуса
или
в
виде
плавного
отвода
.
Значения
коэффициентов
местного
сопротивления
тройников
на
ответвление
и
на
проход
при
-
водятся
в
справочной
литературе
.
Проходным
сечением
в
отличие
от
сечения
ствола
(
сборного
,
магистрального
)
считают
сечение
с
меньшим
расходом
(
у
всасывающих
тройников
–
до
слияния
потоков
,
в
нагнетательных
–
после
разделения
потоков
).
Коэффициенты
местного
сопротивления
тройников
могут
иметь
отрицательные
значения
,
что
объясняется
эжекцией
проходного
потока
.
Взаимное
влияние
местных
сопротивлений
Отрывные
течения
и
вихреобразование
за
местными
сопротивлениями
деформируют
эпюру
скоростей
потока
(
хотя
при
этом
среднерасходная
скорость
остается
постоянной
).
Выравнивание
эпюря
скоростей
до
вида
,
характерного
для
равномерного
турбулентного
потока
в
длинном
трубо
-
проводе
(
см
.
рисунок
4.1)
происходит
на
участке
стабилизации
потока
,
длина
которой
может
быть
достаточно
большой
.
Потери
энергии
на
участке
стабилизации
являются
составной
частью
потерь
в
местном
сопро
-
тивлении
.
Длину
участка
стабилизации
l
с
теоретически
определить
сложно
,
а
в
некоторых
случаях
и
не
-
возможно
.
Очевидно
,
что
ее
величина
в
первую
очередь
зависит
от
вида
местного
сопротивления
.
Имеет
влияние
также
шероховатость
стенок
местного
сопротивления
и
величина
числа
Re.
В
соответствии
с
экспериментальными
данными
l
с
/ D
≈
10…50.
В
системах
вентиляции
с
небольшими
расстояниями
между
соседними
местными
сопротивле
-
ниями
,
поток
притекает
к
местному
сопротивлению
не
стабилизированным
.
В
результате
этого
потери
давления
в
таком
местном
сопротивлении
,
а
также
суммарные
потери
давления
в
системе
будут
отличаться
от
суммарных
потерь
давления
в
таких
же
местных
сопротивлениях
,
но
распо
-
ложенных
на
больших
расстояниях
друг
от
друга
.
Таким
образом
,
суммарный
коэффициент
местных
сопротивлений
системы
чаще
оказывается
меньшим
суммы
коэффициентов
местных
сопротивлений
,
определяемых
по
отдельности
.
Однако
в
практике
инженерных
расчетов
потери
давления
в
местных
сопротивлениях
обычно
определяют
путем
простого
суммирования
,
без
учета
их
взаимного
влияния
,
что
приводит
обычно
к
некоторому
завышению
расчетных
потерь
давления
в
системе
по
сравнению
с
реальными
.
v
п
,
ω
п
,
ζ
п
v
с
,
ω
с
v
о
,
ω
о
,
ζ
о
Проход
Ответвл
е
ние
Ствол
Всасывание
Нагнет
ание
АЭРОДИНАМИКА ВЕНТИЛЯЦИИ. Конспект лекций. Часть 1.
35
ДонНАСА Кафедра ТТГВ. Маркин А.Н.
Лекция 6 – Аэродинамический расчет воздуховодов.
[2,
с
.140-172]
Основные
уравнения
аэродинамического
расчета
Особенности
расчета
воздуховодов
Определение
количества
вентиляционных
систем
.
Размещение
воздуховодов
Скорости
движения
воздуха
в
воздуховодах
Порядок
выполнения
аэродинамического
расчета
Увязка
ответвлений
Основные
уравнения
аэродинамического
расчета
Аэродинамический
расчет
воздуховодов
базируется
на
основных
уравнениях
аэродинамики
.
Потери
давления
во
время
движения
воздушного
потока
в
воздуховодах
складываются
из
по
-
терь
давления
на
трение
и
в
местных
сопротивлениях
.
2
2
v
d
l
ppp
э
мс
l
ρ
ζλ
+=∆+∆=∆
∑
. (6.1)
В
зависимости
от
соотношения
величин
∆
p
l
и
∆
p
мс
трубопроводы
можно
условно
подразделить
на
короткие
и
длинные
.
В
длинных
трубопроводах
потери
давления
на
трение
во
много
раз
пре
-
вышают
потери
давления
в
местных
сопротивлениях
.
В
коротких
трубопроводах
,
к
которым
относятся
воздуховоды
систем
вентиляции
,
потери
дав
-
ления
в
местных
сопротивлениях
сопоставимы
с
потерями
давления
на
трение
,
или
превышают
их
.
Различают
системы
вентиляции
с
естественным побуждением
движения
воздуха
(
гравитаци-
онные
)
и
с
искусственным побуждением
движения
воздуха
(
механические
).
Для
систем
вентиляции
с
естественным
побуждением
,
в
которых
побудителем
движения
воз
-
духа
является
гравитационное
и
(
или
)
ветровое
давление
,
динамическим
давлением
потока
можно
пренебречь
.
Тогда
уравнение
Бернулли
запишется
в
виде
:
( )
2
2
21
v
d
l
ppgh
э
манманвн
ρ
ζλρρ
++=+−
∑
,
где
: d
э
–
эквивалентный
диаметр
воздуховода
,
м
;
ρ
н
и
ρ
в
–
соответственно
плотность
наружного
и
внутреннего
воздуха
,
кг
/
м
3
.
В
системах
вентиляции
с
естественным
побуждением
(
при
условии
отсутствия
ветрового
дав
-
ления
)
манометрическое
давление
в
начальном
и
конечном
сечениях
равны
нулю
(
атмосферное
давление
),
и
тогда
предыдущее
уравнение
приобретает
вид
:
( )
2
2
v
d
l
gh
э
вн
ρ
ζλρρ
+=−
∑
. (6.2)
Из
уравнения
(6.2)
видно
,
что
давление
,
которое
возникает
вследствие
разности
веса
столбов
наружного
и
внутреннего
воздуха
высотой
h
расходуется
на
преодоление
трения
и
местных
сопро
-
тивлений
.
В
системах
механической
вентиляции
динамическое
давление
учитывается
.
В
связи
с
этим
уравнение
Бернулли
примет
вид
:
( )
222
22
2
2
1
v
d
lv
p
v
ghp
э
манвнман
ρ
ζλ
ρρ
ρρ
+++=+−+
∑
.
Обозначая
2
2
v
pp
манп
ρ
+=
и
(
)
внгр
ghp
ρρ
−=
,
получим
выражение
для
определения
вели
-
чины
потерь
давления
∆р
в
системе
:
2
2
21
v
d
l
ppp
э
пп
ρ
ζλ
+=+−=∆
∑
. (6.3)
АЭРОДИНАМИКА ВЕНТИЛЯЦИИ. Конспект лекций. Часть 1.
36
ДонНАСА Кафедра ТТГВ. Маркин А.Н.
Особенности
расчета
воздуховодов
Система
вентиляции
состоит
из
участков
,
которые
характеризуются
постоянством
расхода
воз
-
духа
и
площади
поперечного
сечения
.
Местное
сопротивление
,
лежащее
на
границе
соседних
участков
(
тройники
,
крестовины
,
диф
-
фузоры
и
т
.
д
.),
целесообразно
рассматривать
принадлежащим
участку
с
большей
скоростью
пото
-
ка
.
Местными
сопротивлениями
являются
также
калориферы
,
фильтры
,
клапаны
и
другое
обору
-
дование
и
устройства
,
имеющиеся
в
системе
и
через
которые
проходит
поток
воздуха
.
В
зависимости
от
способа
соединения
участков
системы
различают
простые
(
рисунок
6.1
а
),
сложные
(
рисунок
6.1
б
)
или
разветвленные
(
рисунок
6.1
в
)
воздуховоды
.
Общие
потери
давления
в
простом
воздуховоде
равны
сумме
потерь
давления
на
всех
его
уча
-
стках
:
( )
( )
∑ ∑
=
+=∆
n
i
i
i
i
э
i
i
v
d
l
p
1
2
2
ρ
ζλ
, (6.4)
где
: n –
количество
расчетных
участков
воздуховода
;
l
i
,
λ
i
, d
i
–
соответственно
,
длина
,
коэффициент
сопротивления
трения
и
диаметр
i-
го
участка
воздуховода
;
v
i
–
средняя
скорости
воздуха
на
i-
м
участке
воздуховода
.
В
сложном
(
разветвленном
)
воздуховоде
общие
потери
давления
равны
сумме
потерь
давления
на
участках
магистрали
(
участки
3, 2, 1
на
рисунке
6.1
б
и
в
)
без
ответвлений
:
( )
( )
∑ ∑
=
+=∆
m
j
j
j
j
э
j
j
v
d
l
p
1
2
2
ρ
ζλ
, (6.5)
где
: m –
количество
расчетных
участков
магистрали
(
например
,
для
систем
на
рисунках
6.1
б
и
в
m = 3 –
участки
1,2,3).
В
качестве
расчетной
обычно
принимают
наиболее
длинную
и
(
или
)
нагруженную
(
с
большими
расходами
воздуха
)
магистраль
.
Сопротивление
ответвления
преодолевается
благодаря
давлению
в
месте
его
присоединения
к
магистрали
(
при
помощи
тройника
или
крестовины
).
С
учетом
этого
можно
утверждать
,
что
потери
давления
в
ответвлениях
равны
фактическим
полным
давлениям
потока
в
точках
присоединения
ответвлений
к
магистрали
.
Для
обеспечения
высокой
точности
расчета
,
в
особенности
сложных
сетей
воздуховодов
,
целе
-
сообразно
предварительно
проводить
исследования
на
моделях
(
например
,
метод
электрической
аналогии
и
др
.).
Определение
количества
вентиляционных
систем
.
Размещение
воздуховодов
Количество
систем
вентиляции
в
здании
или
сооружении
зависит
от
назначения
и
размеров
Участок
Участок
1
2
а
)
3
1
2
4
5
б
)
3
2
1
4
5
в
)
Рис
. 6.1
АЭРОДИНАМИКА ВЕНТИЛЯЦИИ. Конспект лекций. Часть 1.
37
ДонНАСА Кафедра ТТГВ. Маркин А.Н.
объекта
.
Существенно
отличающиеся
по
технологическим
особенностям
подразделения
объекта
,
в
которых
,
например
,
происходит
выделение
вредных
газов
или
пыли
,
должны
обслуживаться
от
-
дельными
вентиляционными
системами
.
Протяженность
по
горизонтали
вентиляционных
систем
более
35…40
м
не
рекомендуется
.
Короткие
и
не
сильно
нагруженные
системы
легко
поддаются
регулированию
,
а
крупные
сис
-
темы
проще
монтировать
и
эксплуатировать
.
Тем
не
менее
,
уменьшение
размеров
вентиляцион
-
ных
систем
(
при
соответствующем
увеличении
их
количества
)
при
прочих
равных
условиях
явля
-
ется
предпочтительным
не
только
из
соображений
более
гибкой
и
надежной
их
эксплуатации
,
но
и
за
счет
сокращения
энергозатрат
.
Для
иллюстрации
этого
приведем
следующий
сравнительный
анализ
(
ориентировочный
).
Одна
вентиляционная
система
с
простым
воздуховодом
длиной
l
и
диаметром
d
при
расходе
воздуха
Q
и
скорости
движения
воздуха
v
заменяется
на
две
системы
,
имеющие
тот
же
диаметр
воздуховодов
d,
длину
l/2,
расходы
воздуха
Q/2
и
скорости
движения
воздуха
v/2 (
рисунок
6.2).
Если
для
этих
простых
воздуховодов
учитывать
только
потери
давления
на
трение
и
допустить
,
что
λ
,
ρ
и
η
= const,
то
потребляемая
мощность
двух
децентрализованных
систем
будет
меньше
по
-
требляемой
мощности
одной
централизованной
системы
в
8
раз
:
(
)
[
]
(
)
( ) ( ) ( )
[ ]
( )
8
21000/2/2/2/2
21000/
2
2
..
=
⋅⋅⋅
⋅⋅⋅
=
dvlQ
dvlQ
N
N
цд
ц
ηρλ
ηρλ
,
где
: Q –
расход
воздуха
,
м
3
/
с
;
l –
длина
воздуховода
,
м
;
λ
–
коэффициент
сопротивления
трения
;
d –
диаметр
воздуховода
,
м
;
η
–
коэффициент
полезного
действия
вентагрегата
;
v –
скорость
движения
воздуха
,
м
/
с
.
В
случае
сохранения
при
децентрализации
постоянной
скорости
движения
воздуха
v
и
учете
потерь
давления
в
местных
сопротивлениях
эффективность
децентрализации
сохраняется
.
Размещение воздуховодов
.
Воздуховоды
следует
прокладывать
таким
образом
,
чтобы
они
со
-
единяли
самые
удаленные
точки
вентиляционной
системы
с
выбранным
центром
(
местом
распо
-
ложения
вентилятора
)
по
возможности
по
самому
короткому
пути
.
Вентилятор
целесообразно
располагать
(
по
возможности
)
посередине
магистрали
вентиляцион
-
ной
системы
,
а
не
с
краю
.
Однако
самым
надежным
способом
является
технико
-
экономическое
сравнение
различных
ва
-
риантов
схем
вентиляционной
системы
.
Из
нескольких
рассмотренных
вариантов
принимается
тот
,
который
обеспечивает
минимальные
приведенные
затраты
.
Скорости
движения
воздуха
в
воздуховодах
Рекомендуемые
скорости
движения
воздушных
потоков
в
воздуховодах
определяются
на
осно
-
ве
экономического
анализа
.
Оптимальная
скорость
соответствует
минимуму
приведенных
затрат
–
сумме
капитальных
вложений
(
стоимость
воздуховодов
,
оборудования
,
монтажа
и
т
.
д
.)
и
эксплуа
-
тационных
затрат
(
стоимость
электроэнергии
,
ремонта
и
т
.
д
.)
за
период
окупаемости
.
l
Q, v, d
l
/2
Q/2, v/2, d
Рис
. 6.2
l
/2
Q/2, v/2, d
АЭРОДИНАМИКА ВЕНТИЛЯЦИИ. Конспект лекций. Часть 1.
38
ДонНАСА Кафедра ТТГВ. Маркин А.Н.
Кроме
экономических
требований
при
определении
рекомендованных
скоростей
учитываются
также
технические
требования
:
снижение
шума
,
соответствие
определенным
технологическим
па
-
раметрам
и
т
.
д
.
Например
,
скорости
в
воздуховодах
промышленных
зданий
не
рекомендуются
бо
-
лее
10
м
/
с
,
а
в
гражданских
зданиях
–
более
8
м
/
с
;
в
воздуховодах
систем
аспирации
и
пнев
-
мотранспорта
с
целью
предотвращения
оседания
механических
примесей
скорость
воздушного
потока
должна
превышать
скорость
витания
частиц
(
обычно
ее
принимают
в
диапазоне
10…25
м
/
с
).
На
участках
магистрали
рекомендуется
принимать
большие
скорости
,
чем
в
ответвлениях
,
причем
по
мере
приближения
к
вентилятору
скорость
потока
рекомендуется
увеличивать
.
В
воздуховодах
,
имеющих
сравнительно
гладкую
внутреннюю
поверхность
(
стальные
,
пласт
-
массовые
,
керамические
)
рекомендуются
более
высокие
скорости
,
чем
в
воздуховодах
с
шерохо
-
ватой
поверхностью
(
кирпичные
,
бетонные
и
т
.
д
.).
Рекомендованные
скорости
незапыленного
воздушного
потока
на
участках
,
в
устройствах
и
оборудовании
систем
вентиляции
приведены
в
таблице
6.1.
Таблица
6.1
Рекомендованные скорости воздушного потока, м/с, в
системах вентиляции:
Механических
Участки, устройства и оборудование
Естественных
Гражданские
здания
Промышленные
здания
Жалюзи
воздухозабора
0,5…1,0 2,0…4,0 4,0…6,0
Приточные
шахты
1,0…2,0 2,0…6,0 4,0…6,0
Горизонтальные
с
сборные
воздуховоды
1,0…1,5 5,0…8,0 6,0…10,0
Вертикальные
воздуховоды
1,0…1,5 2,0…5,0 5,0…8,0
Приточные
решетки
у
потолка
0,5…1,0 0,5…1,0 1,0…2,5
Вытяжные
решетки
0,5…1,0 1,0…2,0 1,0…3,0
Вытяжные
каналы
и
шахты
1,5…2,0 3,0…6,0 5,0…8,0
Порядок
выполнения
аэродинамического
расчета
В
зависимости
от
поставленной
цели
(
и
,
соответственно
,
от
того
,
какими
исходными
данными
располагает
проектировщик
),
аэродинамический
расчет
воздуховодов
может
выполняться
различ
-
ным
образом
:
• по
заданным
расходам
и
рекомендованным
скоростям
воздушных
потоков
определяют
размеры
поперечных
сечений
воздуховодов
,
уточняют
действительные
скорости
воз
-
душных
потоков
в
них
и
рассчитывают
потери
давления
;
• по
заданным
расходам
воздуха
и
перепадам
давлений
определяют
размеры
поперечных
сечений
воздуховодов
и
действительные
скорости
воздушных
потоков
в
них
;
• по
заданным
поперечным
сечениям
и
перепадам
давлений
определяют
действительные
расходы
и
скорости
воздушных
потоков
.
Первый
случай
характерен
для
расчетов
систем
механической
вентиляции
,
второй
–
систем
ес
-
тественной
вентиляции
,
а
также
при
увязке
ответвлений
в
системах
механической
вентиляции
,
а
третий
–
для
поверочного
расчета
существующей
системы
механической
или
естественной
венти
-
ляции
.
При
выполнении
расчета
следует
помнить
,
что
расход
воздуха
Q,
скорость
v
воздушного
потока
и
площадь
живого
сечения
воздуховода
F
связаны
уравнением
расхода
Q = vF.
При
выполнении
аэродинамического
расчета
схему
системы
вентиляции
разбивают
на
отдель
-
ные
расчетные
участки
.
Расчетный участок
характеризуется
постоянством
расхода
и
скоростью
(
а
также
формы
и
материала
стенок
воздуховода
).
Границей
между
отдельными
расчетными
уча
-
стками
систем
являются
тройники
,
крестовины
–
элементы
системы
,
в
которых
происходит
изме
-
нение
расхода
.
Обычно
вентилятор
также
считают
границей
между
расчетными
участками
.
Аэродинамический
расчет
системы
вентиляции
состоит
из
двух
этапов
–
расчета
участков
ос
-
новного
направления
(
магистрали
)
и
расчета
ответвлений
с
увязкой
потерь
давления
в
них
.
Расчет
магистрали
выполняют
в
следующей
последовательности
:
АЭРОДИНАМИКА ВЕНТИЛЯЦИИ. Конспект лекций. Часть 1.
39
ДонНАСА Кафедра ТТГВ. Маркин А.Н.
–
определяют
длину
отдельных
расчетных
участков
системы
и
расход
воздуха
в
них
;
–
выбирают
основное
направление
системы
–
магистраль
(
путем
определения
самой
длинной
и
нагруженной
цепочки
последовательно
соединенных
расчетных
участков
).
Фиксируют
располо
-
жение
в
системе
оборудования
и
устройств
,
в
которых
имеют
место
потери
давления
:
калориферы
,
фильтры
,
жалюзийные
решетки
,
клапаны
,
воздухораспределители
и
т
.
д
.;
–
нумеруют
участки
магистрали
.
Нумерацию
начинают
с
участка
с
наименьшим
расходом
;
–
определяют
размеры
поперечного
сечения
воздуховодов
на
расчетных
участках
магистрали
.
Площадь
поперечного
сечения
воздуховода
на
расчетном
участке
определяют
по
формуле
:
рi
i
рi
v
Q
F
⋅
=
3600
, (6.6)
где
: Q
i
–
расчетный
расход
воздуха
на
i-
м
участке
,
м
3
/
ч
;
v
рi
–
рекомендуемая
скорость
движения
воздуха
на
i-
м
участке
,
м
/
с
(
таблица
6.1).
По
вычисленной
величине
F
рi
подбирают
нормированные
размеры
воздуховода
таким
образом
,
чтобы
фактическая
площадь
поперечного
сечения
F
i
была
приблизительно
равна
F
рi
,
т
.
е
. F
i
≈
F
рi
.
Результатом
расчета
на
этом
этапе
являются
значения
d
i
или
a
i
×b
i
,
которые
соответствуют
при
-
нятой
площади
поперечного
сечения
F
i
.
Для
прямоугольного
воздуховода
,
кроме
этого
,
определя
-
ют
величину
эквивалентного
диаметра
по
формуле
:
ii
ii
эi
ba
ba
d
+
=
2
. (6.7)
–
определяют
фактическую
скорость
движения
воздуха
на
участке
v
i
,
м
/
с
,
по
формуле
:
i
i
i
F
Q
v
3600
=
. (6.8)
–
по
величине
этой
скорости
вычисляется
динамическое
давление
на
участке
p
дi
,
Па
:
2
2
i
дi
v
p
ρ
=
. (6.9)
–
определяют
потери
давления
на
трение
на
участке
∆
p
li
,
Па
,
по
формуле
:
iдi
i
i
li
lp
d
p ⋅=∆
λ
,
или
iili
lRp
⋅=∆
, (6.10)
где
:
λ
i
–
коэффициент
сопротивления
трения
на
i-
м
участке
;
R
i
–
удельные
потери
давления
на
трение
на
i-
м
участке
,
Па
/
м
.
–
определяют
сумму
коэффициентов
местных
сопротивлений
на
расчетном
участке
(
Σζ
)
i
.
Зна
-
чения
коэффициентов
местных
сопротивлений
выбираются
по
справочной
литературе
[2, 4, 5, 6].
–
определяют
потери
давления
в
местных
сопротивлениях
на
расчетном
участке
∆
p
мсi
,
Па
,
по
формуле
:
дiмсi
pp ⋅=∆
∑
ζ
. (6.11)
–
определяют
общие
потери
давления
на
расчетном
участке
∆
p
i
,
Па
,
по
формуле
:
мсilii
ppp
∆+∆=∆
. (6.12)
–
определяют
потери
давления
в
магистрали
системы
(
как
сумму
потерь
давления
в
расчетных
участках
магистрали
)
∆
p
маг
,
Па
,
по
формуле
:
∑
=
∆=∆
m
i
iмаг
pp
1
, (6.13)
где
: m –
количество
расчетных
участков
магистрали
.
–
потери
давления
в
вентиляционной
системе
равны
потерям
давления
в
магистрали
,
т
.
е
.:
маг
pp
∆=∆
, (6.14)
Все
исходные
данные
,
выбранные
и
рассчитанные
значения
,
заносятся
в
таблицу
аэродинами
-
АЭРОДИНАМИКА ВЕНТИЛЯЦИИ. Конспект лекций. Часть 1.
40
ДонНАСА Кафедра ТТГВ. Маркин А.Н.
ческого
расчета
(
таблица
6.2).
Таблица
6.2
№ участка
Расход воздуха Q, м
3
/ч
Длина участка l, м
Размеры сечения
(d или a×b), м
Фактическая скорость
v, м/с
Эквивалентный диа-
метр d
э
, м
Динамическое давле-
ние потока p
д
, Па
Удельные потери на
трение R, Па/м
Потери давления на
трение ∆p
l
= R l, Па
Сумма коэф. местного
сопротивления Σζ
Потери давления в ме-
стных сопротивлениях
∆p
мс
= Σζ· p
д
, Па
П
о
тери да
в
л
е
ния на
участке ∆p = ∆p
l
+ ∆p
мс
,
Па
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Используя
рассчитанные
значения
потерь
давления
в
системе
∆
p,
Па
,
и
суммарного
расхода
воздуха
в
системе
Q,
м
3
/
ч
,
выполняется
подбор
вентилятора
.
Увязка
ответвлений
Расчет
ответвлений
от
магистрали
выполняют
по
известным
давлениям
в
узлах
магистрали
(
тройниках
,
крестовинах
)
и
известным
расходам
воздуха
.
Цель
расчета
состоит
в
подборе
сечений
воздуховодов
ответвления
,
и
уточнение
фактических
скоростей
воздуха
.
При
этом
потери
давления
в
ответвлении
должны
быть
равны
давлению
в
узле
(
где
ответвление
присоединяется
к
магистрали
),
допустимым
считается
отклонение
до
15%.
Давление
в
узле
присоединения
ответвления
определяется
по
результатам
расчета
магистрали
,
и
равно
сумме
потерь
давления
на
участках
от
начала
магистрали
до
рассматриваемого
узла
.
на
-
пример
,
для
расчета
и
увязки
ответвления
5 (
см
.
рисунок
6.1
в
),
следует
подобрать
на
этом
участке
такой
размер
сечения
воздуховода
,
чтобы
потери
давления
в
этом
ответвлении
(
участок
5)
были
равны
сумме
потерь
давлений
на
участках
магистрали
от
ее
начала
до
узла
присоединения
ответв
-
ления
5 (
это
участки
1
и
2).
Если
не
удается
увязать
потери
путем
подбора
диаметров
воздуховодов
на
ответвлении
,
необ
-
ходимо
предусмотреть
дополнительные
местные
сопротивления
в
виде
дросселирующих
уст
-
ройств
(
диафрагмы
,
шиберы
,
регулирующие
клапаны
и
т
.
д
.).
Наиболее
распространенным
способом
увязывания
ответвлений
является
использование
дрос
-
сельных
диафрагм
(
шайб
).
Коэффициент
местного
сопротивления
,
которым
должна
обладать
диа
-
фрагма
,
определяется
по
формуле
:
2
2
v
p
ш
д
ρ
ζ
∆
= ,
где
:
∆
p
ш
= p
узла
-
∆
p
отв
–
разница
давления
в
узле
p
узла
и
потерь
давления
в
ответвлении
∆
p
отв
;
v –
скорость
воздушного
потока
в
ответвлении
,
м
/
с
.
Относительную
площадь
отверстия
диафрагмы
можно
определить
по
формуле
:
2
0
8,0
1
3,2
−=
ω
ζ
д
,
где
ω
ω
ω
0
0
=
, (6.15)
где
:
ω
0
–
площадь
отверстия
диафрагмы
,
м
2
;
ω
–
площадь
живого
сечения
воздуховода
ответвления
,
м
2
.
Размеры
отверстий
дроссельных
диафрагм
можно
также
определить
по
таблицам
и
диаграммам
,
приведенным
в
справочной
литературе
[5, 6].