一、風管內(nèi)的靜壓、動壓、全壓

管道中的氣體，處在靜止狀態(tài)時只受靜壓作用；處在流動狀態(tài)時，同時受到靜壓和動壓的作用。

Pj--靜壓是單位體積氣體所具有的勢能，是一種力，單位為Pa，它的表現(xiàn)將氣體壓縮、對管壁施壓。管道內(nèi)氣體的絕對靜壓，可以是正壓（高于周圍的大氣壓），也可以是負壓（低于周圍的大氣壓）。

Pd--動壓是單位體積氣體所具有的動能，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，動壓只作用在氣體的流動方向，恒為正值。

Pq--在某一點上，動壓和靜壓的代數(shù)和即為該點的全壓，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。

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

方程式表達了風管內(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，當氣體不流動時，沿管道長度上各點的壓力相同，因為這時的動壓為零，而全壓等于靜壓。

二、 風管氣體流動的阻力損失

氣體在管道中流動時，各點的壓力發(fā)生變化。動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（動壓與靜壓相互轉(zhuǎn)化）。靜壓變化是由于氣流流動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（通風系統(tǒng)中忽略管道中各點高度的影響）。

1. 摩擦壓力損失△pm

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

式中λ---摩擦阻力系數(shù)；

Rs---風管的水力半徑，m。

注：水力半徑Rs是管道的橫斷面積f與其周長p（濕周）的比值。對于直徑為D的圓形管道，Rs=D/4；對于邊長為a及b的矩形管道，Rs=ab/2(a+b) ；所謂濕周是過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---風管材料的粗糙度，mm。

為了簡化計算，通風系統(tǒng)設(shè)計時，可以使用通風管道單位長度摩擦阻力線算圖或查閱《全國通用通風管道計算表》。通風管道單位長度摩擦阻力線算圖是按過渡區(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、運動黏性系數(shù)v0=15.06×10-6m2/s、管壁粗糙度K=0.15mm的圓形風管等條件下得出的。當實際使用條件與上述條件不符時，應(yīng)進行相應(yīng)修正：

（1）實際輸送氣體為非清潔空氣時應(yīng)進行密度和黏性系數(shù)的修正；

式中Rm---實際的單位長度摩擦阻力，Pa/m；

Rm0---圖上查出的單位長度摩擦阻力，Pa/m；

ρ---風管內(nèi)實際氣體的密度，kg/m3；

v---實際氣體運動黏性系數(shù)，m2/s。

（2）輸送氣體大氣壓和溫度與B0= 101.3kPa、t0=20℃不符時應(yīng)進行修正；

式中Kr ---管壁粗糙度修正系數(shù)；Kr=(Ku)0.25

K---管壁粗糙度，常見風管材料的K值見表2.9-1；

u---風管內(nèi)氣體流速，m/s。

卓旗表2.9-1常見風管材料的粗糙度K（三版表2.7-1）

對于矩形風管，可采取流速當量直徑或流量當量直徑進行查圖。值得注意的是，采取流速當量直徑時，應(yīng)對應(yīng)用流速和流速當量直徑查圖；采取流速當量直徑時，應(yīng)對應(yīng)用流量和流量當量直徑查圖。

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

2. 局部壓力損失△pz

通風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)件種類較多，如彎頭、漸擴管和漸縮管、三通管、調(diào)節(jié)閥以及各種送回風口等?？諝饬鬟^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式計算，ζ通常由試驗確定，可查閱有關(guān)專業(yè)手冊，選用時要注意試驗用的管件形狀和試驗條件，特別要注意ζ值對應(yīng)的是何處的動壓值。

局部阻力在通風、空調(diào)系統(tǒng)阻力中占有較大的比例，在設(shè)計時應(yīng)加以注意。減小局部阻力的著眼點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)的大小和強度。下面介紹幾種常用的減小局部阻力的措施：

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

（2）三通內(nèi)流速不同的兩股氣流匯合時的碰撞，以及氣流速度改變時形成渦流是造成局部阻力的原因。兩股氣流在匯合過程中的能量損失一般是不相同的，它們的局部阻力應(yīng)分別計算，對應(yīng)兩個阻力系數(shù)。當合流三通內(nèi)直管的氣流速度大于支管的氣流速度時，直管氣流會引射支管氣流，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)有時出現(xiàn)負值。同理，直管的局部阻力系數(shù)有時也會岀現(xiàn)負值。但是，直管和支管二者有得有失，能量總是處于平衡，不可能同時為負值。引射過程會有能量損失，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)計時應(yīng)使支管和直管的流速盡量接近。

（3）管道布置時應(yīng)盡量采取直線，減少彎管，或者用弧彎代替直角彎。彎管的阻力系數(shù)在一定范圍內(nèi)隨曲率半徑的增大而減小，圓形風管彎管的曲率半徑一般應(yīng)大于1~2倍管徑；矩形風管彎管斷面的長寬比愈大，阻力愈小，其曲率半徑一般為當量直徑的6~12倍。對于斷面大的彎管，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）氣流進入風管時，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。氣流從風管出口排出時，其在排出前所具有的能量全都損失。當出口處無阻擋時，此能量損失在數(shù)值上等于出口動壓，當有阻擋（如風帽、網(wǎng)格、百葉）時，能量損失將大于出口動壓，就是說局部阻力系數(shù)會大于1。因此，只有與局部阻力系數(shù)大于1的部分相對應(yīng)的阻力才是出口局部阻力（即阻擋造成），等于1 的部分是出口動壓損失。為了降低出口動壓損失，有時把出口制作成擴散角較小的漸擴管，ζ值會小于1。應(yīng)當說明，這是相對于擴展前的管內(nèi)氣流動壓而言的。

三、均勻送風和靜壓復(fù)得法設(shè)計

1. 均勻送風

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

對于斷面不變的矩形送（排）風管，采用條縫形風口送（排）風時，風口上的速度分布如圖2.9-6所示。若定義送風側(cè)和吸風側(cè)為始端：1）送風管上，從始端到末端管內(nèi)流量不斷減小，動壓相應(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）在排風管上則是相反，末端靜壓最小，因流量最小，所以動壓也最?。辉浇咏级藙訅涸酱?，因全壓的絕對值也應(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：

對于送風管段：Pj1=50Pa，Pd1=40Pa，Pq1=90Pa；Pj2=57Pa，Pd2=29Pa，Pq2=86Pa，△p12=4Pa

動壓減小的值復(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。

對于排風管段：Pj1=﹣65Pa，Pd1=40Pa，Pq1=﹣25Pa；Pj2=﹣50Pa，Pd2=29Pa，Pq2=﹣21Pa，△p12=4Pa

（1）要實現(xiàn)均勻送風，可采取以下措施：

1）送風管斷面積F和孔口面積f0不變時，管內(nèi)靜壓會不斷增大，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，可采用錐形風管改變送風管斷面積，使管內(nèi)靜壓基本不變（控制動壓的減小）。

3）送風管斷面積F及孔口μ值不變時，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?。?。

4）增大送風管斷面積F，減小孔口面積f0。（類似于靜壓箱原理）

（2）實現(xiàn)均勻送風的基本條件

對側(cè)孔面積f0保持不變的均勻送風管，要使各側(cè)孔的送風量保持相等，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及孔口流出風量與孔口前風量之比有關(guān)。

3）增大出流角

風管中的靜壓與動壓之比值愈大，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，氣流會向一個方向偏斜，這時即使各側(cè)孔風量相等，也達不到均勻送風的目的。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)孔送風時通路（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)孔送風的均勻送風管看作是支管長度為零的三通，當空氣從側(cè)孔送出時，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)由實驗求得，表中ζ值對應(yīng)側(cè)孔前的管內(nèi)動壓。從側(cè)孔或條縫口出流時，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

一般將風道內(nèi)風速小于15m/s的風道稱為低速風道，由于風速低，與風機產(chǎn)生的主噪聲源相比，風道系統(tǒng)產(chǎn)生的氣流噪聲可以忽略不計，廣泛應(yīng)用于民用建筑通風空調(diào)系統(tǒng)。風道內(nèi)風速大于或等于15m/s時稱為高速風道，高風速帶來風道系統(tǒng)的氣流噪聲必須采取有效的處理，但可以縮小風道尺寸，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)的風管設(shè)計計算，其原理是利用兩個出風口之間的動壓降低復(fù)得靜壓，用于克服該段風管的阻力，可以保證風口處的靜壓相等。采用靜壓復(fù)得法進行風道設(shè)計，有利于減小風機動力消耗和噪聲。實際上由于出風口有阻力損失，動壓的降低值不可能100%轉(zhuǎn)化為靜壓。

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

一通風系統(tǒng)進風口A斷面的阻力損失為△p0=5Pa，進風段AB的阻力損失為△px=10Pa，風機的全壓為P=135Pa，送風段AB的阻力損失為△p1=15Pa，△p1=20Pa，△p1=25Pa。則各斷面的壓力分布見圖，D，E，F斷面送風，因其靜壓均為60Pa，所以當送風口面積及流量系數(shù)一致則可實現(xiàn)均勻送風。

3. 槽邊排風罩的楔形條縫口

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量，控制條縫口速度分布均勻的目的是在控制點造成一致的控制風速。由于遠端的靜壓風速小于始端的靜壓風速（遠端靜壓絕對值小于始端靜壓的絕對值），所以調(diào)整條縫的高度，如此始端的高度小于遠端，始端條縫口的局部阻力系數(shù)大于遠端，流量系數(shù)則是小于遠端，從而條縫口的風速v0=μvj保持一致。

全文完！