管道系统压力损失计算-大气污染控制工程

1.管道内气体流动的压力损失

管道内气体流动的压力损失有两种，一种是由于气体本身的黏滞性及其与管壁间的摩擦而产生的压力损失，称为摩擦压力损失或沿程压力损失；另一种是气体流经管道系统中某些局部构件时，由于流速大小和方向改变形成涡流而产生的压力损失，称为局部压力损失。摩擦压力损失和局部压力损失之和即为管道系统总压力损失。

（1）摩擦压力损失：根据流体力学的原理，气体流经断面不变的直管时，摩擦压力损失Δpl可按下式计算

而

式中，Rm——单位长度管道的摩擦压力损失，简称比压损（或比摩阻），Pa/m；

l——直管段长度，m；

λ——摩擦压力损失系数；

υ——管道内气体的平均流速，m/s；

ρ——管道内气体的密度，kg/m3；

Rs——管道的水力半径，m，它是指流体流经直管段时，流体的断面积A（m2）与润湿周边x（m）之比，即

对于气体充满直径为d的圆形管道的水力半径

代入式（8-30）得

（2）局部压力损失：气体流经管道系统中的异形管件（如阀门、弯头、三通等）时，由于流动情况发生骤然变化，所产生的能量损失称为局部压力损失。局部压力损失Δpm一般用动压头的倍数表示，即

式中，ξ——局部压力损失系数；

υ——异形管件处管道断面平均流速，m/s。

局部压力损失系数通常是通过实验确定的。实验时，先测出管件前后的全压差（即该管件的局部压力损失），再除以相应的动压ρυ2/2，即可求得有效值。各种管件的局部压力损失系数在有关设计手册中可以查到。选用时要注意实验用的管件形状和实验条件，特别要注意ξ值对应的是何处的动压值。

管件三通的作用是使气流分流、合流或对合流三通。两股气流汇合过程中的能量损失不同，两分支管的局部阻力应分别计算。合流三通的直管和支管流速相差较大时，会发生引射现象。在引射过程中流速大的气流失去能量，流速小的气流获得能量。因而其支管的局部阻力系数会出现负值，为了减小三通局部阻力，宜使总管和支管内流速接近。

2.管道系统压力损失计算

管道系统压力损失计算的目的是确定管道断面尺寸和系统的压力损失，并由系统的总风量和总压力损失选择适当的通风机和电动机。管道计算的常用方法是流速控制法，也称比摩阻法，即以管道内气流速度作为控制因素，据此计算管道断面尺寸和压力损失。

用流速控制法进行管道计算通常按以下步骤进行。

（1）确定各抽风点位置和风量，净化装置、通风机和其他部件的型号规格，风管材料等。

（2）根据现场实际情况布置管道，绘制管道系统轴测图，进行管段编号，标注长度和风量。管段长度一般按两管件中心线间距离计算，不扣除管件（如三通、弯头）本身长度。

（3）确定管道内的气体流速。当气体流量一定时，若流速选高了，则管道断面尺寸小，材料消耗少，一次投资减少。但系统压力损失增大，噪声增大，动力消耗增大。运转费用增高。对于除尘管道，还会增加管道的磨损。反之，若流速选低了，噪声和运转费用降低，但一次投资增加。对于除尘管道，流速过低，还可能发生粉尘沉积而堵塞管道的现象。因此，要使管道系统设计经济合理，必须选择适当的流速，使投资和运行费的总和最小。

（4）根据系统各管段的风量和选择的流速确定各管段的断面尺寸。对于圆形管道，在已知流量qV和预先选取流速υ的前提下，管道内径可按下式计算

式中，qV——体积流量，m3/h；(www.xing528.com)

qm——质量流量，kg/h。

对于除尘管道，为防止积尘堵塞，管径不得小于下列数值。输送细小颗粒粉尘（如筛分和研磨细粉），d≥80mm；输送较粗粉尘（如木屑），d≥100mm；输送粗粉尘（有小块物），d≥130mm。

确定管道断面尺寸时，应尽量采用“计算表”中所列的全国通用通风管道的统一规格，以利于工业化加工制作。

（5）风管断面尺寸确定后，按管内实际流速计算压力损失。压力损失计算应从最不利环路（系统中压力损失最大的环路）开始。具体计算方法前已介绍。

（6）对并联管道进行压力平衡计算。两分支管段的压力差应满足以下要求；除尘系统应小于10%，其他通风系统应小于15%。否则，必须进行管径调整或增设调压装置（阀门、阻力圈等），使之满足上述要求。调整管径平衡压力，可按下式计算

式中，d2——调整后的管径，mm；

d1——调整前的管径，mm；

Δp1——管径调整前的压力损失，Pa；

Δp2——压力平衡基准值（若调整支管管径，即为干管的压力损失），Pa。

（7）计算管道系统的总压力损失（即系统中最不利环路的总压力损失），以上计算内容可列表进行。

（8）根据系统的总风量、总压力损失选择通风机和电动机。

选择通风机的风量按下式计算

式中，qV——管道计算的总风量，m3/h；

K1——考虑系统漏风所附加的安全系数。一般管道取K1=0.1；除尘管道取K1=0.1～0.15。

选择通风机的风压按下式计算

式中，Δp——管道计算的总压力损失，Pa：

K2——考虑管道计算误差及系统漏风等因素所采用的安全系数。一般管道取K2=0.1～0.15，除尘管道取K2=0.15～0.2；

ρ0、p0、T0——通风机性能表中给出的标定状态的空气密度、压力、温度。一般来说，p0=101.325kPa，对于通风机T0=20℃，ρ0=1.2kg/m3，对于引风机T0=200℃，p0=0.745kg/m3；

ρ、p、T——运行工况下，进入通风机时的气体密度、压力和温度。

计算出qV，0和Δp0后，即可按通风机产品样本给出的性能曲线或表格选择所需通风机的型号规格。

所需电动机的功率Ne可按下式计算

式中，K——电动机备用系数，对于通风机，电动机功率为2～5kW时取1.2，大于5kW时取1.15，对于引风机取1.3；

η1——通风机全压效率，可以由通风机样本中查得，一般为0.5～0.7；

η2——机械传动效率，对于直联传动为1，联轴器传动为0.98，皮带传动为0.95。