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| 空调矩形风管的设计计算 |
| 时间:2009/9/28 18:19:24,点击:0 |
空调矩形风管的设计计算
摘要：以圆形风管的技术参数为基准，对矩形风管采用修正的方法进行设计计算，提出了当量直径修正系统KDV和KDL、阻力修正系数KR、能耗修正系数KN及矩形风管耗材修正系数KP，并给出了相应的计算公式。
关键词：矩形风管 修正系数 空调设计
1 前言
空调工程中大多数采用矩形风管，这种设计方法较好的解决了建筑环境设备、装置与建筑物见有机配合，节约了建造空间的投资，美化了建筑环境。本文以相等通流截面积圆管的技术数据为基准，提出矩形风管的耗材修正系数KP、当量直径修正系数KD、阻力修正系数KR及能耗修正系数KN及其计算公式，用于指导矩形风管的设计与技术性经济分析。
2 计算公式
由于宽高比K=a/b的矩形管道与高度比1/K=b/a的矩形风管二者气体流动特性相同，因此下文中给出的矩形风管高度高宽比为K≥1.0。
2.1 当量直径修正系数KD
通流截面积相等，对于矩形风管和圆形风管有
πD02/4=ab
式中D0—圆管直径，m；a，b—为矩形分管的宽度和高度，m。取K为宽高比，有
K=a/b （1）
代入前式有
b=（π/4K）0.5D0 （2）
矩形风管的流量当量直径为
DV=2ab/（a+b）
把式（1）、（2）代入上式
DV= D0（Kπ）0.5/（1+K）
当流速当量直径修正系数记做KDV，即
KDV=DV/ D0=（Kπ）0.5/（1+K） （3）
同理，流量当量直径修正系数计做KDL，可得
KDL=DL/ D0=（Kπ）0.1/（1+K）0.2 （4）
2.2 耗材修正系数KP
对于圆形分管处理风量和单位管长表面积分别为
L=πD02V/4 P0=πD0
式中 L—处理风量，m3/s；V—风速，m/s；P0—单位管长表面积，m2/m。
由上述两式可得
P0=（4π）0.5（L/V）0.5 （5）
对于矩形风管处理风量为
L=abv
用上述两式计算矩形风管单位管长表面积PJ，可得
PJ=2K0.5（1+1/K）（L/V）0.5 （6）
把矩形风管耗材修正系数记做KP，即
KP= PJ/ P0 （7）
把式（5）、（6）代入式（7）得
KP=0.5642K0.5（1+1/K） （8）
2.3 阻力修正系数KR
矩形风管比摩阻计算公式为
Rm=（λ/DV）ρV2/2
式中λ—摩擦阻力系数；Rm—矩形风管比摩阻，Pa/m；ρ—气体密度，kg/m3。
把式（3）代入上式得
Rm=（1/ DV）（λ/ D0）ρV2/2=（1/KDV）Rmo
式中 Rmo—圆形风管比摩阻，Pa/m。
把矩形风管比摩阻修正系数记做KRm，有
KRm= Rm/ Rmo=1/KDV=（1+K）/（Kπ）0.5 （9）
2.4 能耗修正系数KN
风管内输送气体的能耗为
N=CRmL
式中 C—系数；N—为功率，kW。
把矩形风管能耗修正系数记做KN，有
KN=Nm/N0=Rm/R0=KRm （10）
由公式（1）、（3）、（4）、（8）、（9）、（10）构成矩形风管修正系数的计算公式。
3.技术分析
利用圆形风管技术参数计算方法和线图，加上文本给出的修正系数计算公式，可以方便的进行矩形管道设计计算。
δ对式（8）分析有
时，K=1，有KP（K=1）=1.1284；又有，KP（K=1）取得极小值。即正方形风管在相等通流截面面积矩形风管中耗材最少，但它比圆形风管多用材料12.84%。
同理分析可以得出，在等通流截面矩形风管中正方形风管的当量直径最大，阻力和能耗最小。当宽高比K变化时矩形风管各修正系数（KDV和KDL、KP、KR、KN）的变化情况列在表1中。由表1可见随着宽高比K的增大，当量直径（DV=KDVDO、DL=KDVDO）逐渐减小，风管加工用材料（P=KPPO）逐渐增多。阻力（Rm=KRRmo）和能耗（N=KNNO）逐渐增大。
表1 不同宽高比矩形风管修正系数
K=a/b 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
KDV=DV/D0 0.885 0.834 0.783 0.708 0.660 0.619 0.585 0.556 0.531 0.509
KDL=DL/D0 0.976 0.965 0.948 0.934 0.920 0.909 0.899 0.890 0.881 0.874
KP= P/P0 1.128 1.197 1.303 1.414 1.514 1.617 1.706 1.795 1.881 1.962
KR=Rm/R0 1.130 1.199 1.277 1.412 1.515 1.616 1.709 1.719 1.883 1.965
KN=N/N0 1.130 1.199 1.277 1.412 1.515 1.616 1.709 1.719 1.883 1.965
4 结论
（1）通风空调风管设计矩形风管时，可以通过图表或计算先给出等通流截面积的圆形风管技术参数，然后利用本文提供的计算公式进行修正。
（2）随着宽高比（K≥1.0）的增大，矩形风管的流速（流量）当量直径逐渐减小，压力损失、能耗逐渐增大，风管加工用的材料也逐渐增多。因此。在矩形风管设计时应适当控制宽高比（或高宽比）。
（3）矩形风管材料消耗（初投资）、管道压力损失或能耗（运行投资）都大于圆形风管，从而降低建筑环境设备工程投资的角度，可以采用圆形风管。
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