第三节 管道阻力
空气在风管内的流动阻力有两种形式：一是由于空气本身的黏滞性以及空气与管壁间的摩擦所产生的阻力称为摩擦阻力；另一是空气流经管道中的管件时(如三通、弯头等)，流速的大小和方向发生变化，由此产生的局部涡流所引起的阻力，称为局部阻力。
一、摩擦阻力
根据流体力学原理，空气在管道内流动时，单位长度管道的摩擦阻力按下式计算：
v2Rm???4Rs2 (5—3)
?式中 Rm——单位长度摩擦阻力，Pa／m； υ——风管内空气的平均流速，m／s； ρ——空气的密度，kg／m3； λ——摩擦阻力系数；
Rs——风管的水力半径，m。 对圆形风管：
Rs?式中 D——风管直径，m。 对矩形风管
D4 (5—4)
Rs?ab2(a?b) (5—5)
式中 a，b——矩形风管的边长，m。 因此，圆形风管的单位长度摩擦阻力
v2Rm???D2 (5—6)
? 摩擦阻力系数λ与空气在风管内的流动状态和风管内壁的粗糙度有关。计算摩擦阻力系数的公式很多，美国、日本、德国的一些暖通手册和我国通用通风管道计算表中所采用的公式如下：
1???2lg(K2.51?)3.7DRe? (5—7)
式中 K——风管内壁粗糙度，mm； Re——雷诺数。
Re?vd? (5—8)
式中 υ——风管内空气流速，m／s； d——风管内径，m；
ν——运动黏度，m2／s。
在实际应用中，为了避免烦琐的计算，可制成各种形式的计算表或线解图。图5—2是计算圆形钢板风管的线解图。它是在气体压力B＝101．3kPa、温度t=20℃、管壁粗糙度K＝0．15mm等条件下得出的。经核算，按此图查得的Rm值与《全国通用通风管道计算表》查得的λ／d值算出的Rm值基本一致，其误差已可满足工程设计的需要。只要已知风量、管径、流速、单位摩擦阻力4个参数中的任意两个，即可利用该图求得其余两个参数，计算很方便。
图5—2 圆形钢板风管计算线解图
[例] 有一个10m长薄钢板风管，已知风量L＝2400m3／h，流速υ＝16m／s，管壁粗糙度K＝0．15mm，求该风管直径d及风管摩擦阻力R。
解 利用线解图5—2，在纵坐标上找到风量L＝2400m3／h，从这点向右做垂线，与流速υ＝16m／s的斜线相交于一点，在通过该点表示风管直径的斜线上读得d＝230mm。再过该点做垂直于横坐标的垂线，在与表示单位摩擦阻力的横坐标交点上直接读得Rm＝13．5Pa／m。
该段风管摩擦阻力为：
R＝Rml＝13．5×10Pa＝135Pa
无论是按照《全国通用通风管道计算表》，还是按图5—2计算风管时，如被输送空气的温度不等于20℃，而且相差较大时，则应对R。值进行修正，修正公式如下：
'Rm?RmKt (5—9)
式中 Rm——在不同温度下，实际的单位长度摩擦阻力，Pa；
Rm——按20℃的计算表或线解图查得的单位摩擦阻力，Pa； Kt——摩擦阻力温度修正系数，如图5—3所示。
图5—3 摩擦阻力温度修正系数
钢板制的风管内壁粗糙度K值一般为0．15mm。当实际使用的钢板制风管，其内壁粗糙度K值与制图表数值有较大出入时，由计算图表查得的单位摩擦阻力Rm值乘以表5—3中相应的粗糙度修正系数。表中υ为风管内空气流速。
'
表5—3 管壁粗糙度修正系数
对于一般的通风除尘管道，粉尘对摩擦阻力的影响很小，例如含尘浓度为50g／m3时，所增大的摩擦阻力不超过2％，因此一般情况下可忽略不计。
二、局部阻力
各种通风管道要安装一些弯头、三通等配件。流体经过这类配件时，由于边壁或流量的改变，引起了流速的大小、方向或分布的变化，由此产生的能量损失，称为局部损失，也称局部阻力。局部阻力主要可分为两类：①流量不改变时产生的局部阻力，如空气通过弯头、渐扩管、渐缩管等；②流量改变时所产生的局部阻力，如空气通过三通等。 局部阻力可按下式计算：
Z????22 (5—10)
式中 Z——局部阻力，Pa；
ξ——局部阻力系数，见表5—4； υ——空气流速，m／s； ρ—空气密度，kg／m3。 上式表明，局部阻力与其中流速的平方成正比。局部阻力系数通常都是通过实验确定的。可以从有关采暖通风手册中查得。表5—4列出了部分管道部件的局部阻力系数值。在计算通风管道时，局部阻力的计算是非常重要的一部分。因为在大多数情况下，克服局部阻力而损失的能量要比克服摩擦阻力而损失的能量大得多。所以，在制作管件时，如何采取措施减少局部阻力是必须重视的问题。
表5—4 常见管件局部阻力系数
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