Лекция №4. Теоретические основы вентиляции

1. Расчет воздуховодов приточных и вытяжных систем механической

и естественной вентиляции

Аэродинамический расчет воздуховодов обычно сводится к определению размеров их поперечного сечения, а также потерь давления на отдельных участках и в системе в целом. Можно определять расходы воздуха при заданных размерах воздуховодов и известном перепаде давления в системе.

При аэродинамическом расчете воздуховодов систем вентиляции обычно пренебрегают сжимаемостью перемещающегося воздуха и пользуются значениями избыточных давлений, принимая за условный нуль атмосферное давление.

При движении воздуха по воздуховоду в любом поперечном сечении потока различают три вида давления: статическое, динамическое и полное.

Статическое давление определяет потенциальную энергию 1 м³ воздуха в рассматриваемом сечении (р_ст равно давлению на стенки воздуховода).

Динамическое давление – это кинетическая энергия потока, отнесенная к 1 м³ воздуха, определяется по формуле:

(1)

где – плотность воздуха, кг/м³; – скорость движения воздуха в сечении, м/с.

Полное давление равно сумме статического и динамического давлений.

(2)

Традиционно при расчете сети воздуховодов применяется термин “потери давления” (“потери энергии потока”).

Потери давления (полные) в системе вентиляции складываются из потерь на трение и потерь в местных сопротивлениях (см.: Отопление и вентиляция, ч. 2.1 “Вентиляция” под ред. В.Н. Богословского, М., 1976).

Потери давления на трение определяются по формуле Дарси:

(3)

где – коэффициент сопротивления трению, который рассчитывается по универсальной формуле А.Д. Альтшуля:

(4)

где – критерий Рейнольдса; К – высота выступов шероховатости (абсолютная шероховатость). При инженерных расчетах потери давления на трение , Па (кг/м²), в воздуховоде длиной /, м, определяются по выражению

(5)

где – потери давления на 1 мм длины воздуховода, Па/м [кг/(м² * м)].

Для определения R составлены таблицы и номограммы. Номограммы (рис. 1 и 2) построены для условий: форма сечения воздуховода круг диаметром , давление воздуха 98 кПа (1 ат), температура 20°С, шероховатость = 0, 1 мм.

Для расчета воздуховодов и каналов прямоугольного сечения пользуются таблицами и номограммами для круглых воздуховодов, вводя при этом эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода, при котором потери давления на трение в круглом и прямоугольном ~ воздуховодах равны.

В практике проектирования получили распространение три вида эквивалентных диаметров:

■ по скорости

при равенстве скоростей

■ по расходу

при равенстве расходов

■ по площади поперечного сечения

при равенстве площадей сечения

При расчете воздуховодов с шероховатостью стенок, отличающейся от предусмотренной в таблицах или в номограммах (К = ОД мм), дают поправку к табличному значению удельных потерь давления на трение:

(6)

где – табличное значение удельных потерь давления на трение; – коэффициент учета шероховатости стенок (табл. 8.6).

Потери давления в местных сопротивлениях. В местах поворота воздуховода, при делении и слиянии потоков в тройниках, при изменении размеров воздуховода (расширение – в диффузоре, сужение – в конфузоре), при входе в воздуховод или в канал и выходе из него, а также в местах установки регулирующих устройств (дросселей, шиберов, диафрагм) наблюдается падение давления в потоке перемещающегося воздуха. В указанных местах происходит перестройка полей скоростей воздуха в воздуховоде и образование вихревых зон у стенок, что сопровождается потерей энергии потока. Выравнивание потока происходит на некотором расстоянии после прохождения этих мест. Условно, для удобства проведения аэродинамического расчета, потери давления в местных сопротивлениях считают сосредоточенными.

Потери давления в местном сопротивлении определяются по формуле

(7)

где – коэффициент местного сопротивления (обычно , в отдельных случаях имеет место отрицательное значение, при расчетах следует учитывать знак ).

Коэффициент относится к наибольшей скорости в суженном сечении участка или скорости в сечении участка с меньшим расходом (в тройнике). В таблицах коэффициентов местных сопротивлений указано, к какой скорости относится .

Потери давления в местных сопротивлениях участка, z, рассчитываются по формуле

(8)

где – сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке.

Общие потери давления на участке воздуховода длиной , м, при наличии местных сопротивлений:

(9)

где – потери давления на 1 м длины воздуховода; – потери давления в местных сопротивлениях участка.