多分支风道系统静压复得计算法的新算法

#18# 2001年第31卷第2期

问题讨论

多分支风道系统

静压复得计算法的新算法

湖南大学 殷 平

m

提要 分析了传统的静压复得法的几种不同算法, 指出了现行的静压复得计算法存在的问题, 提出了静压复得计算法的新算法, 经工程实践验证, 解决了多分支风道无风量调节阀均匀送风的难题, 提高了计算速度, 改善了风道系统的平衡性。

关键词 风道系统 静压复得计算法 改进

Improved method of multiple -branch duct system calculation

on the static regain method

B y Y in P in g

n

Abs t r act B y a n anal ys i s of a f ew c ur r ent l y use d c al c ul at i on pr oc ed ur e s b as ed on t he

t r ad i t i ona l s t a t i c r e gai n duc t d es i gn met hod, poi nt s out t he pr ob l ems i n t he m a nd p r es ent s a ne w a ppr oac h t he ef f i c i enc y of whi c h i s ve r i f i e d t hr ough engi ne er i ng d es i gn pr a c t i c e i n r eal i s i ng uni f o r m a i r suppl y wi t h hi g he r c al c ul at i ng s pee d and be t t er hy dr a ul i c bal a nc e of t he duc t s y s t em.

Keywor ds d uc t s ys t em, s t at i c r e gai n d es i gn met hod , i mpr ov ement

n Hunan Univers ity, China

y

0 引言

在1988年的ASHRA E 年会上, 由美国著名的风道计算法专家、T 法创始人T sal 宣读的一篇题为5静压复得风道计算法的谬误6的论文[1], 引起了轩然大波, 其辩论之激烈在美国暖通空调历史上也是十分罕见的, 以至当年出版的ASHRAE T ransactions 不得不用5页的篇幅刊登了这场辩论的问与答。T sal 对静压复得计算法基本上是持否定的态度, 他的基本论点是:¹静压复得系数不可预测, 因为它与很多参数有关, 因此采用静压复得系数为基础的传统的静压复得计算法根本无法实现静压复得计算法的最初的目的; º动压转换为静压是不可能节能的; »尽管采用静压复得计算法可以使三通处的静压相等, 但是由于全压不等, 因此不可能获得希望的风量平衡; ¼伯努利方程是静压复得计算法的基础, 而伯努利方程只适用于单风道, 而不适用于多分支风道, 因为后者存在一个空气质量分配的问题。

10多年过去了, 这场辩论至今尚无定论, T sal 的观点并没有被A SHRAE 全盘接受, 文献[2]在介绍文献[1]时, 只简单地介绍了作者的部分观点, 即, 由于静压复得系数不可预测, 因此传统的静压复得计算法不应该使用静压复得静压复得计算法是目前国际通用的4种风道计算法之一(其他3种风道计算法为:假定速度法、等摩阻法和T 计

[2]

算法) , 广泛应用于通风空调风道设计计算中, 尤其是在变风量系统设计中, 该法被公认为最合理的风道计算法。因此静压复得计算法再度引起了最近几年从事变风量系统设计和研究的我国暖通空调专业人士的关注。

其实静压复得计算法的原理简单、易懂, 最初提出静压复得计算法的目的是:通过改变下游处风管的截面积, 使风管三通处的静压相等。因此传统的理论是:当主风道静压保持相等, 而各支风管的长度相等、风管截面尺寸相等、支

[3]

风管阻力相同时, 各支风管风量则会相等。

如图1所示, 根据伯努利方程, 以下关系式成立

p s1-p s2=$p t , 1-2-Q v 12Q v 22

-22

(1)

y

m 殷平, 男, 1944年3月生, 大学, 教授

410012湖南省长沙市湖南大学(0) [1**********]

E-mail:yinping@public. cs. hn. cn 收稿日期:1999-04-0213

暖通空调HV&AC 问题讨论#19#

当p s1=p s2, 则

$p t,1-2=Q v 12Q v 22

-22

(2)

式中 p s1, p s2) ) ) 1-1和2-2断面

处静压, Pa;

v 1, v 2) ) ) 1-1和2-2断面处风速, m/s;

$p t, 1-2) ) ) 1-1和2-2断面之间的全压损失, Pa 。因此静压复得计算法实际上就是如何利用式(2) 确定风道的速度, 从而确定风道尺寸。1 算法

静压复得计算法的提出已经整整60年, 而作为一种风道计算法, 被设计手册正式采用也有整整50年的历史[1]。由于采用静压复得计算法设计的风道, 末端风速较低, 因此这种方法最初主要用于高速风道系统, 以后, 在低、中速风道系统也得到广泛的应用。由于利用式(2) 进行计算时是先假设一个速度, 然后再求另一个速度, 但计算1-1和2-2断面之间的全压损失时, 需要使用被求的速度值, 因此在计算手段受限的当时, 计算相当麻烦。为了简化计算, 静压复得计算法刚刚被用到风道设计计算时, 在计算方法上就采取了一系列近似措施。在以后的若干年中, 虽经多次改进, 但至今仍然存在不少问题影响到这种风道计算法的精度和使用, 因此值得进一步深入研究。

下面分别介绍静压复得计算法的几种主要算法, 并对其中存在的主要问题进行讨论。1. 1 算法一) ) ) 静压复得系数法

1940年美国人开利(W. H. Carr ier ) 第一个将静压复得原理用于风道计算, 形成了静压复得计算法, 并引进了静压复得系数的概念[4], 所谓静压复得系数即是空气通过1-1和2-2断面时, 由于全压损失的存在, 动压的减少不可能完全转化为静压的增加, 静压为

22Q v 1Q v 2

$p r =R (3) -22

式中 $p r ) ) ) 1-1和2-2, Pa 。

R ) ) ) 静压复得系数。

正如文献[1]指出:对于传统的静压复得计算法, 全压损失$p t, 1-2, 静压损失$p s, 1-2和静压复得值$p r 在节点2被认为是相等的, 因此

Q v 12Q v 22

$p t , 1-2=R (4) -22

利用式(4) , 数R, R 究竟取多少, 争论了40年, 至今未有定论。开利最初是假设理想状态下的静压复得系数R =0. 7~0. 8, 实际设计时, R =0. 5[4]。以后的40年, 静压复得系数在各种设计手册、著作和论文中不断变化, 直到1997年文献[2]将该值的范围扩大到R =0. 5~0. 95。

, 预测的参

数, 因此将静压复得系数设定为一个常数, 将导致明显的误差。

在利用式(4) 进行计算时, 另一个值得注意的是1-1和2-2断面之间的全压损失$p t, 1-2应该包括哪些内容。由于引进静压复得系数的初衷, 就是考虑到, 三通本身的局部阻力消耗了一部分静压, 动压的减少才不可能全部转化为静压的增加, 因此将这一部分阻力损失使用静压复得系数来表示, 当1-1和2-2断面之间除了三通(包括三通后面的渐缩管) 这一部分局部阻力外, 没有其他的局部阻力时, 1-1和2-2断面之间的全压损失$p t, 1-2就只应包括1-1和2-2断面之间的沿程阻力。

但需要指出的是, 不久前出版的、专门阐述风道计算法的文献[7]在介绍静压复得计算法时, 除引进了静压复得系数外, 在计算1-1和2-2断面之间的全压损失$p t, 1-2时, 又同时考虑了:¹三通的直通阻力; º三通后面的渐缩管阻力; »1-1和2-2断面之间的沿程阻力。事实上, 在这种情况下, 计算中已不需要再考虑静压复得系数了, 否则使得本来误差已很大的这种计算方法的计算误差将变得更大。在使用静压复得计算法进行计算时, 这点应特别注意。

采用静压复得系数的静压复得计算法的计算例题可以参考文献[5]和[6]。

1. 2 算法二) ) ) 全压损失直接计算法

笔者1983年提出了静压复得计算法的一种新算法, 去除了传统的静压复得系数, 直接计算1-1和2-2断面之间的全压损失$p t, 1-2, 这种计算方法后被文献[3]采用。

笔者在直接计算1-1和2-2断面之间的的全压损失$p t, 1-2时, 考虑了三种阻力:

¹1-1和2-2断面之间的沿程阻力。由于当时计算工具的限制, 为解决使用Colebroo k 方程计算时存在的困难, 使用了笔者提出的钢板风道单位长度摩擦损失简化公式[9], 该公式亦被文献[3]采用。

P m =0. 0105D -1. 21v 1. 925(5) 式中 P m ) ) ) 单位长度摩擦损失, Pa/m ;

D ) ) ) 风速当量直径, m ; v ) ) ) 风速, m/s ;

º圆管三通的直通阻力, 采用了以下计算公式

Q b

(6) F cs =0. 4Q c 三通后面的渐缩管的局部阻力, 采用了使用最广泛的

30b 渐缩管的局部阻力系数

F =0. 02(7)

将式(5) ~(7) 代入式(2) 后, 即可进行风道设计计算, 预先假定v 1, 然后确定v 2值, 使式(2) 成立。

采用算法二的计算例题可参见文献[3, 8]。1. 3 算法三) ) ) 考虑质量关系的静压复得系数法

文献[1]作者将式(2) 改写为

Q v c 2Q v s 2m c -p s1=m s -p s2+

22

Q v b 2m b s2+m c $p t , 1-2(8)

2

m c , m , ) ) 图1 静压复得计算法原理示意图

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kg/s;

v c , v s , v b ) ) ) 三通上游、下游和支管处风速, m/s;

根据静压复得原理, p s1=p s2, m c =m s +m b , 可以得到以下表示式

Q b

Q s v 2-v 2

v b 2-v c 2$p r =c s -(9)

2Q c Q c

式中 Q c , Q s , Q b ) ) ) 三通上游、下游和支管处风量, m 3/s 。

当静压复得系数相同时, 利用式(3) 和式(9) 计算静压复得值时, 其结果显然是不同的。目前这种算法在国际上尚未被接受, 未发现有应用实例。2 特点

笔者自1983年提出采用全压损失直接计算法进行静压复得风道计算后, 十几年来, 在数十项空调工程中采用了这种计算方法进行风道设计, 并对其中部分工程的风道系统进行了测定, 近年在进行变风量系统课题研究中又进行了风道压力分布的1B 1足尺试验。结果表明, 静压复得计算法除了送风均匀性优于假定速度法外, 采用这种设计方法设计的风道系统还存在一些鲜为人知的现象: ¹当各支风管的

长度相等、风管截面尺寸相等、支风

管阻力相同时, 即使是采用静压复得计算法使主风道静压

相等, 各支风管风量也不会如传统的观点所认为的那样完全相等, 以下采用静压复得计算法设计的一根/均匀送风风道0(见图2) 的计算结果可以清楚地说明这一点。

图2 均匀送风风道示意图

表1例题是采用算法二设计计算的。由表1可知, 由于各支风管入口处全压不等, 三通的旁通阻力也不相等, 因此各支风管的可资用压力(余压) 不等, 风量也不相等。正如文献[3, 8]所述, 目前国内使用的圆风管和矩形风管三通局部阻力系数在常规风道计算时极小, 一般可以忽略不计, 这点由表1可以清楚地看出。

1994年ASHRA E 根据美国最新的风道系统局部构件试验结果, 重新公布了最新的风道局部构件局部阻力系数数据资料[10]。由于科学技术的进步, 这次公布的数据较旧数据更加准确, 部件更多, 内容更翔实。

表2例题是采用最新的ASHRA E 公布的圆管三通局

表1 按算法二设计的均匀送风风道系统(旧局部阻力系数)

管段编号风量Q /m /h 风管长度l /m 风速v /m/s 直径D /m 沿程阻力Rl /Pa 直通局部阻力系数直通局部阻力Z /Pa 管段阻力/Pa 支管编号旁通局部阻力系数支管旁通局部阻力Z b /Pa 支管阻力Z f /Pa 节点全压/Pa 节点静压/Pa 支管余压/Pa

3

(1) 10002. 540. 2971. 64

(2) 20002. 56. 10. 3413. 14

(3) 30002. 56. 50. 4032. 91

(4) 40002. 56. 90. 4532. 81

(5) 50002. 57. 20. 4952. 76

(6) 60002. 57. 50. 5312. 75

(7) 70002. 57. 80. 5622. 77

(8) 80002. 58. 10. 592. 8

(9) 90002. 58. 40. 6152. 85

(10) 100002. 58. 70. 6382. 9

(11) 110002. 590. 6592. 96

(12) 120002. 59. 20. 6783. 03

(13) 130002. 59. 50. 6953. 11

(14) 140002. 59. 80. 7123. 19

(15) 150002. 5100. 7273. 28

0. 04440. 001560. 42755. 407

00. 212. 0253. 3468. 0245. 6912. 613

0. 0353. 17511. 7416. 768. 0268. 0245. 69

0. 00080. 000740. 000680. 000620. 000580. 000540. 022. 9321. 9819. 0170. 3371. 19545. 690. 865

0. 0212. 83132. 2121. 2272. 5474. 12545. 691. 585

0. 0212. 78142. 4323. 3374. 6576. 95645. 692. 306

0. 0212. 77152. 6425. 3476. 6679. 73745. 693. 077

0. 0212. 79162. 8527. 3678. 6882. 50845. 693. 828

0. 0212. 82173. 0729. 4780. 7985. 29945. 694. 509

0. 00050. 000470. 000440. 000410. 000380. 000360. 0212. 87183. 2831. 4982. 8188. 1245. 695. 31

0. 0212. 92193. 5133. 785. 0290. 99145. 695. 971

0. 0212. 981103. 7335. 8187. 1393. 91245. 696. 782

0. 0213. 051113. 9638. 0289. 3496. 89345. 697. 553

0. 0213. 131124. 1940. 2291. 5499. 94445. 698. 404

0. 0213. 211134. 4442. 6293. 94103. 07545. 699. 135

3. 28144. 6844. 9396. 25106. 2945. 6910. 036

表2 按算法二设计的均匀送风风道系统(新局部阻力系数)

管段编号风量Q /m /h 风管长度l /m 风速v /m/s 直径D /m 沿程阻力Rl /Pa 直通局部阻力系数直通局部阻力Z /Pa 管段阻力/Pa 支管编号旁通局部阻力系数支管旁通局部阻力Z b /Pa 支管阻力Z f /Pa 节点全压/Pa 节点静压/Pa 3

(1) 10002. 530. 3430. 7930. 130. 70253. 264

00. 211. 13451. 76854. 96249. 38(2) 20002. 530. 4840. 5280. 140. 7641. 29210. 653. 5154. 14454. 14548. 69

(3) 30002. 53. 30. 5630. 5410. 140. 9441. 48520. 824. 42855. 06255. 43648. 69(4) 40002. 53. 70. 6180. 5840. 141. 1521. 73731. 025. 50856. 14256. 92148. 69(5) 50002. 540. 6590. 650. 141. 3952. 04641. 266. 80457. 43858. 65848. 69(6) 60002. 54. 40. 6890. 7380. 141. 6822. 4251. 548. 31658. 9560. 70448. 69(7) 70002. 54. 90. 710. 8480. 142. 0212. 86861. 8810. 15260. 78663. 12348. 69(8) 80002. 55. 30. 7260. 9830. 142. 4223. 40572. 3412. 63663. 2765. 99148. 69(9) 90002. 55. 80. 7361. 1490. 142. 8994. 04882. 8615. 44466. 07869. 39748. 69(10) 100002. 56. 40. 7421. 3520. 143. 4664. 81793. 4818. 79269. 42673. 44548. 69(11) 110002. 570. 7441. 5980. 144. 145. 738104. 2322. 84273. 47678. 26248. 69(12) 120002. 57. 60. 7441. 8970. 144. 9436. 84115. 1527. 8178. 444

8448. 69(13) 130002. 58. 30. 7412. 2610. 145. 9018. 162126. 2633. 80484. 43890. 8448. 69(14) 140002. 59. 10. 7352. 7040. 147. 0449. 748137. 6241. 14891. 78299. 00248. 69(15) 150002. 5100. 7283. 245

3. 245149. 2650. 004100. 638108. 7548. 69

暖通空调HV&AC 问题讨论#21#

部阻力系数、采用算法二计算所得的结果。可以看出, 由于新的阻力系数大于旧的阻力系数, 因此系统不平衡性明显增加。

º风道最不利环路一般出现在离风机最远的支风道的倒数第二根支管处, 只有当最后一根支管的阻力大于倒数第二根支管的阻力, 风道最不利环路才会出现在最后一根支管。而最后一根支管由于只有弯管阻力和管段(1) 的沿程阻力, 而无三通的旁通阻力, 而前者阻力明显小于后者, 因此最后一根支管的阻力通常都小于倒数第二根支管的阻力, 由表2可以看出这一点。

»从表2还可以看出一个有意思的现象, 采用静压复得计算法设计的风道, 当动压差小于全压损失时, 断面逐渐增加的风道从某一管段开始会出现反常的断面缩小的现象。表2例题从管段(11) 开始, 风管直径开始缩小。这一现象在表1中之所以未出现, 是因为三通的直通阻力太小, 采用A SHRAE 新的局部阻力系数, 用静压复得计算法设计的风道系统都会出现这种现象。

¼采用最新的局部阻力系数, 由静压复得计算法算法二设计的风道系统, 虽然每根支管处的全压不相等, 但是由于三通的旁通阻力愈接近主风道入口处, 即主风道的风速与支风道风速差距愈大, 其值愈大, 而风道阻力正好与此相反, 离主风道入口愈远, 阻力愈大, 这样使得各支管的不平衡性就大大减小, 表2例题各支管阻力与相应的主管节点压力之差不到10Pa, 这点由图3可以清楚地看到, 工

程实

践也充分表明了这一点。采用静压复得计算法设计的中、小型风道系统的平衡性明显优于其它风道计算法, 虽然末端的风道尺寸大于其

图3 静压复得计算法设计的

他风道计算法风道内的压力分布图

设计的风道,

但是由于无需安装风阀, 总阻力也偏小, 因此经济性更佳。

½当矩形风道采用静压复得计算法进行设计时, 风道的高宽比对风道的总阻力和系统平衡影响很大。表3是将图2例题的风管改为矩形风管, 在相同的计算条件下, 风管高度不同时, 采用静压复得计算法进行计算所得到的结果。由表3可以看出, 风管长宽比愈大, 即风管湿周愈大, 风道总阻力、支管最高剩余压力和风道面积愈大。

表3 风道高宽比的影响

风管高度/m 风管湿周总长/m 风道总阻力/Pa 支风道最大压差/Pa 风道总面积/m

2

果相同, 在算法上前者更简便。

3 计算步骤

3. 1 由以上分析和讨论可以看出, 静压复得计算法仍然是一种先进的风道计算法, 但是在使用这种方法时, 应注意以上提出的一些特点。下面以一个工程实例来说明静压复得计算法的设计步骤。

为计算方便, 管段编号为¹~¿; 支管编号为[1]~[4]; 分支管编号为1~12, 如图4所示。

步骤1 确定最不利环路, 一般为从风机(空调机组) 到离风机最远的倒数第2

图4 多分支风道系统

根分支管,

即分支管5, 为最不利环路, 本例题为管段5-¹-º-»-¼-½。最不利环路也可能出现在6-¹-º-»-¼-½, 或者2-¿-¾-»-¼-½, 或1-¿-¾-»-¼-½, 需要通过计算来确定。

步骤2 如果采用动压递增法[3], 则计算从尾部管段向前, 假设最不利环路干管的最后一根管段的风速, 并确定该管段的尺寸和阻力, 本例题为管段¹。

步骤3 利用式(2) 计算最不利环路其它管段的风速、尺寸和阻力, 式(2) 中的全压损失由该管段的沿程阻力和该管段段首三通阻力构成, 最新的三通局部阻力系数已包括风道渐缩管的阻力, 由于无论是圆管还是矩形管三通的局部阻力系数(直通、旁通) 均可拟合成相关系数很高的代数方程, 因此为迭代计算提供了方便, 利用计算机可以一次获得所有需要的数据。具体计算可以采用编程方法, 也可以利用M icrosoft Excel 列表进行计算。表4是最不利环路的计算结果, 该表同时给出了支管段4和6的计算结果。

表4 最不利环路计算结果

管段编号风量Q /m /h 风管长度l /m 风速v /m/s 直径D /m 沿程阻力R l /Pa 局部阻力系数局部阻力Z /Pa 风口阻力/Pa 管段阻力/Pa 风道系统总阻力/Pa

0. 9

12. 6

5. 4

6. 6

4. 3

3

¹520. 570. 140. 34

º32. 350. 43. 712. 23

»55. 153. 210. 142. 23

¼55. 973. 640. 142. 99

½56. 834. 3

5500130. 480. 794. 275054. 75

650062. 241. 380. 341. 0250

4500130. 480. 985. 2950

[***********]00

0. 4210. 4750. 4540. 5160. 5570. 2430. 2810. 243

52. 455. 77

¹+º+»+¼+½+5=84. 55

0. 2523. 21351162

0. 3221. 11141056

0. 419. 5105851

0. 518. 5101749

0. 6318. 5101749

0. 819. 7108852

步骤4 管段º的计算方法是本文提出的新算法的关键之一, 在管段º»之间仍然采用式(2) 进行连续计算, 三

通的直通阻力用于管段»¾的静压复得计算, 而管段º»之间的静压复得计算考虑的是三通的旁通阻力, 这里特别加以说明。

步骤5 计算主管各节点的全压和各主支管的阻力和, 表5管节点A , B , 的全压 ¾静压复得计算法一般是由风道系统的倒数第二根, 计算, 其结

#22#问题讨论 2001年第31卷第2期

加, 因此使用静压复得法设计的风道的各支管的不平衡性明显减小, 这一特点大大抵消了各个节点处全压不等带来的风道系统的不平衡。

4. 3 采用静压复得计算法设计的风道所独有的一些特点,

支管编号[1][2][3][4]如最不利环路出现的位置、风管尺寸出现反常缩小现象等

[**************]0等, 应加以注意, 否则可能影响到设计的质量。风量Q /m 3/h

局部阻力系数1. 383. 685. 096. 864. 4 本文提出的静压复得计算法的新算法, 解决了目前国局部阻力Z b /Pa 4. 6612. 2316. 8222. 67际上存在的多分支风道系统无风量调节阀均匀送风的计算支管阻力Z f /Pa 58. 1468. 2872. 8778. 72难题, 大大提高了风道系统设计计算速度, 明显改善了风道节点编号C C B A

系统的平衡性, 经过工程实践的考验, 这种风道计算方法是

节点全压/Pa 68. 2868. 2873. 7280. 35

可行的。

节点静压/Pa 52. 3552. 3552. 3552. 35

4. 5 本文提出的静压复得计算法的新算法特别适合变风

支管余压/Pa 10. 1400. 841. 62

量空调系统的风道系统设计, 该算法可以明显改善风量变

化时风道内压力分布的不平

表6 末端支管压力分布(1)

衡性(有关这方面的研究成

末端分支管编号[**************]

果将另外报道) 。

[***********][***********]风量Q /m 3/h

4. 6 本文提出的静压复得

末端支管压力/Pa 64. 8964. 8965. 7953. 8554. 7554. 7555. 655. 6 56. 5 57. 2856. 3856. 38

计算法的新算法与计算机画

末端支管阻力/Pa 52. 4 54. 7555. 8 55. 7754. 7552. 4 52. 454. 7555. 7755. 7754. 7552. 4

图如何连接是下一步有待研末端支管余压/Pa 12. 4910. 149. 99-1. 9202. 353. 20. 850. 731. 511. 633. 98

究解决的课题。

3. 2 由以上计算结果可以看出, 静压复得计算法具有很好参考文献的压力平衡效果, 除支管[1]由于其弯管的局部阻力系数明1 R J Tsal, H F Behl s. Fallacy of the static regain duct design 显低于三通的旁通局部阻力系数, 导致其余压偏大外, 其它method. ASHRAE Trans, 1988, 94(2) :76-89. 各点平衡效果很好, 采用增加管段¾的局部阻力的方法, 如2 ASHRAE. 1997ASHRAE H andbook, Fun damentals. Atlanta:采用阻力较大的90b 对接弯头, 并使管段¾的管径等于管ASHRAE In c, 1997. 段¿的管径等方法, 支管[1]的余压可以减小。表7是经过3 陆耀庆. 供暖通风设计手册. 北京:中国建筑工业出版社, 1987.

表7 末端支管压力分布(2)

末端分支管编号风量Q /m 3/h

1500

250054. 753. 19

350055. 8

450055. 77

5500

6500

750055. 652. 43. 2

850055. 6 54. 750. 85

950056. 5 55. 770. 73

10500

11500

1250056. 3852. 4 3. 98

管[1]~[4]的阻力和余压。计算所有的出风支风管的全压、各支管的阻力和剩余压力, 表6给出了各出风支管的压力分布。

表5 干管节点压力分布

4 W H Carrier, R E Cherne, W

A

Grant.

M odern heating New

air and York/

conditi oning venti lation. Chicago:Co, 1940.

5 魏润柏. 通风工程空气流动

理论. 北京:中国建筑工业出版社, 1981.

6 S Chun Lun. S impli fied static -regain duct design procedure.

ASHRAE T rans, 1983, 89(2A) :78-94.

7 冯永芳. 实用通风空调风道计算法. 北京:中国建筑工业出版

社, 1995.

8 殷平. 静压复得计算法的新计算公式和算图. 通风除尘, 1983, (2) :1-7.

9 汪兴华, 殷平. 通风空调管道的摩阻计算. 通风除尘, 1982, (4) . 10ASHRAE. ASHRAE duct fitting database. Atlanta:ASHRAE

Inc, 1994.

末端支管压力/Pa 57. 9457. 94末端支管阻力/Pa 52. 4 末端支管余压/Pa

5. 54

58. 8453. 853. 04-1. 92

54. 7554. 7554. 7552. 4 0

2. 35

57. 2856. 3855. 7754. 751. 51

1. 63

Pitman Publishing

阻力调整后的各出风分支管的压力差, 由表7可知, 各出风

管的压差已经小于10Pa(水柱高度1mm) , 这是本文提出的新算法的又一关键。

3. 3 当采用静压复得计算法设计的风道较长, 出现动压差小于全压损失, 断面逐渐增加的风道开始出现反常的断面缩小的现象时, 可以从该管段开始, 调整风道的高宽比和面积, 使节点的全压差最小, 可以避免这一现象的发生, 限于篇幅, 此处从略。4 结论

4. 1 静压复得计算法之所以长时间以来存在这样或那样的问题, 甚至于被人否定, 并不是由于这种方法所依据的理论有什么错误, 问题主要出在所采用的算法或过于近似,

不正确, 或计算起来太麻烦。

4. 2 采用静压复得计算法设计的风道的每根支管处压并不相等, 因此要做到每根支管送风量完全均匀是能的, 但是由于三通的旁通阻力愈接近主风道入口处, 风道的风速与支风道风速差距愈大, 其三通的旁通阻大, 开始逐

#18# 2001年第31卷第2期

问题讨论

多分支风道系统

静压复得计算法的新算法

湖南大学 殷 平

m

提要 分析了传统的静压复得法的几种不同算法, 指出了现行的静压复得计算法存在的问题, 提出了静压复得计算法的新算法, 经工程实践验证, 解决了多分支风道无风量调节阀均匀送风的难题, 提高了计算速度, 改善了风道系统的平衡性。

关键词 风道系统 静压复得计算法 改进

Improved method of multiple -branch duct system calculation

on the static regain method

B y Y in P in g

n

Abs t r act B y a n anal ys i s of a f ew c ur r ent l y use d c al c ul at i on pr oc ed ur e s b as ed on t he

t r ad i t i ona l s t a t i c r e gai n duc t d es i gn met hod, poi nt s out t he pr ob l ems i n t he m a nd p r es ent s a ne w a ppr oac h t he ef f i c i enc y of whi c h i s ve r i f i e d t hr ough engi ne er i ng d es i gn pr a c t i c e i n r eal i s i ng uni f o r m a i r suppl y wi t h hi g he r c al c ul at i ng s pee d and be t t er hy dr a ul i c bal a nc e of t he duc t s y s t em.

Keywor ds d uc t s ys t em, s t at i c r e gai n d es i gn met hod , i mpr ov ement

n Hunan Univers ity, China

y

0 引言

在1988年的ASHRA E 年会上, 由美国著名的风道计算法专家、T 法创始人T sal 宣读的一篇题为5静压复得风道计算法的谬误6的论文[1], 引起了轩然大波, 其辩论之激烈在美国暖通空调历史上也是十分罕见的, 以至当年出版的ASHRAE T ransactions 不得不用5页的篇幅刊登了这场辩论的问与答。T sal 对静压复得计算法基本上是持否定的态度, 他的基本论点是:¹静压复得系数不可预测, 因为它与很多参数有关, 因此采用静压复得系数为基础的传统的静压复得计算法根本无法实现静压复得计算法的最初的目的; º动压转换为静压是不可能节能的; »尽管采用静压复得计算法可以使三通处的静压相等, 但是由于全压不等, 因此不可能获得希望的风量平衡; ¼伯努利方程是静压复得计算法的基础, 而伯努利方程只适用于单风道, 而不适用于多分支风道, 因为后者存在一个空气质量分配的问题。

10多年过去了, 这场辩论至今尚无定论, T sal 的观点并没有被A SHRAE 全盘接受, 文献[2]在介绍文献[1]时, 只简单地介绍了作者的部分观点, 即, 由于静压复得系数不可预测, 因此传统的静压复得计算法不应该使用静压复得静压复得计算法是目前国际通用的4种风道计算法之一(其他3种风道计算法为:假定速度法、等摩阻法和T 计

[2]

算法) , 广泛应用于通风空调风道设计计算中, 尤其是在变风量系统设计中, 该法被公认为最合理的风道计算法。因此静压复得计算法再度引起了最近几年从事变风量系统设计和研究的我国暖通空调专业人士的关注。

其实静压复得计算法的原理简单、易懂, 最初提出静压复得计算法的目的是:通过改变下游处风管的截面积, 使风管三通处的静压相等。因此传统的理论是:当主风道静压保持相等, 而各支风管的长度相等、风管截面尺寸相等、支

[3]

风管阻力相同时, 各支风管风量则会相等。

如图1所示, 根据伯努利方程, 以下关系式成立

p s1-p s2=$p t , 1-2-Q v 12Q v 22

-22

(1)

y

m 殷平, 男, 1944年3月生, 大学, 教授

410012湖南省长沙市湖南大学(0) [1**********]

E-mail:yinping@public. cs. hn. cn 收稿日期:1999-04-0213

暖通空调HV&AC 问题讨论#19#

当p s1=p s2, 则

$p t,1-2=Q v 12Q v 22

-22

(2)

式中 p s1, p s2) ) ) 1-1和2-2断面

处静压, Pa;

v 1, v 2) ) ) 1-1和2-2断面处风速, m/s;

$p t, 1-2) ) ) 1-1和2-2断面之间的全压损失, Pa 。因此静压复得计算法实际上就是如何利用式(2) 确定风道的速度, 从而确定风道尺寸。1 算法

静压复得计算法的提出已经整整60年, 而作为一种风道计算法, 被设计手册正式采用也有整整50年的历史[1]。由于采用静压复得计算法设计的风道, 末端风速较低, 因此这种方法最初主要用于高速风道系统, 以后, 在低、中速风道系统也得到广泛的应用。由于利用式(2) 进行计算时是先假设一个速度, 然后再求另一个速度, 但计算1-1和2-2断面之间的全压损失时, 需要使用被求的速度值, 因此在计算手段受限的当时, 计算相当麻烦。为了简化计算, 静压复得计算法刚刚被用到风道设计计算时, 在计算方法上就采取了一系列近似措施。在以后的若干年中, 虽经多次改进, 但至今仍然存在不少问题影响到这种风道计算法的精度和使用, 因此值得进一步深入研究。

下面分别介绍静压复得计算法的几种主要算法, 并对其中存在的主要问题进行讨论。1. 1 算法一) ) ) 静压复得系数法

1940年美国人开利(W. H. Carr ier ) 第一个将静压复得原理用于风道计算, 形成了静压复得计算法, 并引进了静压复得系数的概念[4], 所谓静压复得系数即是空气通过1-1和2-2断面时, 由于全压损失的存在, 动压的减少不可能完全转化为静压的增加, 静压为

22Q v 1Q v 2

$p r =R (3) -22

式中 $p r ) ) ) 1-1和2-2, Pa 。

R ) ) ) 静压复得系数。

正如文献[1]指出:对于传统的静压复得计算法, 全压损失$p t, 1-2, 静压损失$p s, 1-2和静压复得值$p r 在节点2被认为是相等的, 因此

Q v 12Q v 22

$p t , 1-2=R (4) -22

利用式(4) , 数R, R 究竟取多少, 争论了40年, 至今未有定论。开利最初是假设理想状态下的静压复得系数R =0. 7~0. 8, 实际设计时, R =0. 5[4]。以后的40年, 静压复得系数在各种设计手册、著作和论文中不断变化, 直到1997年文献[2]将该值的范围扩大到R =0. 5~0. 95。

, 预测的参

数, 因此将静压复得系数设定为一个常数, 将导致明显的误差。

在利用式(4) 进行计算时, 另一个值得注意的是1-1和2-2断面之间的全压损失$p t, 1-2应该包括哪些内容。由于引进静压复得系数的初衷, 就是考虑到, 三通本身的局部阻力消耗了一部分静压, 动压的减少才不可能全部转化为静压的增加, 因此将这一部分阻力损失使用静压复得系数来表示, 当1-1和2-2断面之间除了三通(包括三通后面的渐缩管) 这一部分局部阻力外, 没有其他的局部阻力时, 1-1和2-2断面之间的全压损失$p t, 1-2就只应包括1-1和2-2断面之间的沿程阻力。

但需要指出的是, 不久前出版的、专门阐述风道计算法的文献[7]在介绍静压复得计算法时, 除引进了静压复得系数外, 在计算1-1和2-2断面之间的全压损失$p t, 1-2时, 又同时考虑了:¹三通的直通阻力; º三通后面的渐缩管阻力; »1-1和2-2断面之间的沿程阻力。事实上, 在这种情况下, 计算中已不需要再考虑静压复得系数了, 否则使得本来误差已很大的这种计算方法的计算误差将变得更大。在使用静压复得计算法进行计算时, 这点应特别注意。

采用静压复得系数的静压复得计算法的计算例题可以参考文献[5]和[6]。

1. 2 算法二) ) ) 全压损失直接计算法

笔者1983年提出了静压复得计算法的一种新算法, 去除了传统的静压复得系数, 直接计算1-1和2-2断面之间的全压损失$p t, 1-2, 这种计算方法后被文献[3]采用。

笔者在直接计算1-1和2-2断面之间的的全压损失$p t, 1-2时, 考虑了三种阻力:

¹1-1和2-2断面之间的沿程阻力。由于当时计算工具的限制, 为解决使用Colebroo k 方程计算时存在的困难, 使用了笔者提出的钢板风道单位长度摩擦损失简化公式[9], 该公式亦被文献[3]采用。

P m =0. 0105D -1. 21v 1. 925(5) 式中 P m ) ) ) 单位长度摩擦损失, Pa/m ;

D ) ) ) 风速当量直径, m ; v ) ) ) 风速, m/s ;

º圆管三通的直通阻力, 采用了以下计算公式

Q b

(6) F cs =0. 4Q c 三通后面的渐缩管的局部阻力, 采用了使用最广泛的

30b 渐缩管的局部阻力系数

F =0. 02(7)

将式(5) ~(7) 代入式(2) 后, 即可进行风道设计计算, 预先假定v 1, 然后确定v 2值, 使式(2) 成立。

采用算法二的计算例题可参见文献[3, 8]。1. 3 算法三) ) ) 考虑质量关系的静压复得系数法

文献[1]作者将式(2) 改写为

Q v c 2Q v s 2m c -p s1=m s -p s2+

22

Q v b 2m b s2+m c $p t , 1-2(8)

2

m c , m , ) ) 图1 静压复得计算法原理示意图

#20#问题讨论 2001年第31卷第2期

kg/s;

v c , v s , v b ) ) ) 三通上游、下游和支管处风速, m/s;

根据静压复得原理, p s1=p s2, m c =m s +m b , 可以得到以下表示式

Q b

Q s v 2-v 2

v b 2-v c 2$p r =c s -(9)

2Q c Q c

式中 Q c , Q s , Q b ) ) ) 三通上游、下游和支管处风量, m 3/s 。

当静压复得系数相同时, 利用式(3) 和式(9) 计算静压复得值时, 其结果显然是不同的。目前这种算法在国际上尚未被接受, 未发现有应用实例。2 特点

笔者自1983年提出采用全压损失直接计算法进行静压复得风道计算后, 十几年来, 在数十项空调工程中采用了这种计算方法进行风道设计, 并对其中部分工程的风道系统进行了测定, 近年在进行变风量系统课题研究中又进行了风道压力分布的1B 1足尺试验。结果表明, 静压复得计算法除了送风均匀性优于假定速度法外, 采用这种设计方法设计的风道系统还存在一些鲜为人知的现象: ¹当各支风管的

长度相等、风管截面尺寸相等、支风

管阻力相同时, 即使是采用静压复得计算法使主风道静压

相等, 各支风管风量也不会如传统的观点所认为的那样完全相等, 以下采用静压复得计算法设计的一根/均匀送风风道0(见图2) 的计算结果可以清楚地说明这一点。

图2 均匀送风风道示意图

表1例题是采用算法二设计计算的。由表1可知, 由于各支风管入口处全压不等, 三通的旁通阻力也不相等, 因此各支风管的可资用压力(余压) 不等, 风量也不相等。正如文献[3, 8]所述, 目前国内使用的圆风管和矩形风管三通局部阻力系数在常规风道计算时极小, 一般可以忽略不计, 这点由表1可以清楚地看出。

1994年ASHRA E 根据美国最新的风道系统局部构件试验结果, 重新公布了最新的风道局部构件局部阻力系数数据资料[10]。由于科学技术的进步, 这次公布的数据较旧数据更加准确, 部件更多, 内容更翔实。

表2例题是采用最新的ASHRA E 公布的圆管三通局

表1 按算法二设计的均匀送风风道系统(旧局部阻力系数)

管段编号风量Q /m /h 风管长度l /m 风速v /m/s 直径D /m 沿程阻力Rl /Pa 直通局部阻力系数直通局部阻力Z /Pa 管段阻力/Pa 支管编号旁通局部阻力系数支管旁通局部阻力Z b /Pa 支管阻力Z f /Pa 节点全压/Pa 节点静压/Pa 支管余压/Pa

3

(1) 10002. 540. 2971. 64

(2) 20002. 56. 10. 3413. 14

(3) 30002. 56. 50. 4032. 91

(4) 40002. 56. 90. 4532. 81

(5) 50002. 57. 20. 4952. 76

(6) 60002. 57. 50. 5312. 75

(7) 70002. 57. 80. 5622. 77

(8) 80002. 58. 10. 592. 8

(9) 90002. 58. 40. 6152. 85

(10) 100002. 58. 70. 6382. 9

(11) 110002. 590. 6592. 96

(12) 120002. 59. 20. 6783. 03

(13) 130002. 59. 50. 6953. 11

(14) 140002. 59. 80. 7123. 19

(15) 150002. 5100. 7273. 28

0. 04440. 001560. 42755. 407

00. 212. 0253. 3468. 0245. 6912. 613

0. 0353. 17511. 7416. 768. 0268. 0245. 69

0. 00080. 000740. 000680. 000620. 000580. 000540. 022. 9321. 9819. 0170. 3371. 19545. 690. 865

0. 0212. 83132. 2121. 2272. 5474. 12545. 691. 585

0. 0212. 78142. 4323. 3374. 6576. 95645. 692. 306

0. 0212. 77152. 6425. 3476. 6679. 73745. 693. 077

0. 0212. 79162. 8527. 3678. 6882. 50845. 693. 828

0. 0212. 82173. 0729. 4780. 7985. 29945. 694. 509

0. 00050. 000470. 000440. 000410. 000380. 000360. 0212. 87183. 2831. 4982. 8188. 1245. 695. 31

0. 0212. 92193. 5133. 785. 0290. 99145. 695. 971

0. 0212. 981103. 7335. 8187. 1393. 91245. 696. 782

0. 0213. 051113. 9638. 0289. 3496. 89345. 697. 553

0. 0213. 131124. 1940. 2291. 5499. 94445. 698. 404

0. 0213. 211134. 4442. 6293. 94103. 07545. 699. 135

3. 28144. 6844. 9396. 25106. 2945. 6910. 036

表2 按算法二设计的均匀送风风道系统(新局部阻力系数)

管段编号风量Q /m /h 风管长度l /m 风速v /m/s 直径D /m 沿程阻力Rl /Pa 直通局部阻力系数直通局部阻力Z /Pa 管段阻力/Pa 支管编号旁通局部阻力系数支管旁通局部阻力Z b /Pa 支管阻力Z f /Pa 节点全压/Pa 节点静压/Pa 3

(1) 10002. 530. 3430. 7930. 130. 70253. 264

00. 211. 13451. 76854. 96249. 38(2) 20002. 530. 4840. 5280. 140. 7641. 29210. 653. 5154. 14454. 14548. 69

(3) 30002. 53. 30. 5630. 5410. 140. 9441. 48520. 824. 42855. 06255. 43648. 69(4) 40002. 53. 70. 6180. 5840. 141. 1521. 73731. 025. 50856. 14256. 92148. 69(5) 50002. 540. 6590. 650. 141. 3952. 04641. 266. 80457. 43858. 65848. 69(6) 60002. 54. 40. 6890. 7380. 141. 6822. 4251. 548. 31658. 9560. 70448. 69(7) 70002. 54. 90. 710. 8480. 142. 0212. 86861. 8810. 15260. 78663. 12348. 69(8) 80002. 55. 30. 7260. 9830. 142. 4223. 40572. 3412. 63663. 2765. 99148. 69(9) 90002. 55. 80. 7361. 1490. 142. 8994. 04882. 8615. 44466. 07869. 39748. 69(10) 100002. 56. 40. 7421. 3520. 143. 4664. 81793. 4818. 79269. 42673. 44548. 69(11) 110002. 570. 7441. 5980. 144. 145. 738104. 2322. 84273. 47678. 26248. 69(12) 120002. 57. 60. 7441. 8970. 144. 9436. 84115. 1527. 8178. 444

8448. 69(13) 130002. 58. 30. 7412. 2610. 145. 9018. 162126. 2633. 80484. 43890. 8448. 69(14) 140002. 59. 10. 7352. 7040. 147. 0449. 748137. 6241. 14891. 78299. 00248. 69(15) 150002. 5100. 7283. 245

3. 245149. 2650. 004100. 638108. 7548. 69

暖通空调HV&AC 问题讨论#21#

部阻力系数、采用算法二计算所得的结果。可以看出, 由于新的阻力系数大于旧的阻力系数, 因此系统不平衡性明显增加。

º风道最不利环路一般出现在离风机最远的支风道的倒数第二根支管处, 只有当最后一根支管的阻力大于倒数第二根支管的阻力, 风道最不利环路才会出现在最后一根支管。而最后一根支管由于只有弯管阻力和管段(1) 的沿程阻力, 而无三通的旁通阻力, 而前者阻力明显小于后者, 因此最后一根支管的阻力通常都小于倒数第二根支管的阻力, 由表2可以看出这一点。

»从表2还可以看出一个有意思的现象, 采用静压复得计算法设计的风道, 当动压差小于全压损失时, 断面逐渐增加的风道从某一管段开始会出现反常的断面缩小的现象。表2例题从管段(11) 开始, 风管直径开始缩小。这一现象在表1中之所以未出现, 是因为三通的直通阻力太小, 采用A SHRAE 新的局部阻力系数, 用静压复得计算法设计的风道系统都会出现这种现象。

¼采用最新的局部阻力系数, 由静压复得计算法算法二设计的风道系统, 虽然每根支管处的全压不相等, 但是由于三通的旁通阻力愈接近主风道入口处, 即主风道的风速与支风道风速差距愈大, 其值愈大, 而风道阻力正好与此相反, 离主风道入口愈远, 阻力愈大, 这样使得各支管的不平衡性就大大减小, 表2例题各支管阻力与相应的主管节点压力之差不到10Pa, 这点由图3可以清楚地看到, 工

程实

践也充分表明了这一点。采用静压复得计算法设计的中、小型风道系统的平衡性明显优于其它风道计算法, 虽然末端的风道尺寸大于其

图3 静压复得计算法设计的

他风道计算法风道内的压力分布图

设计的风道,

但是由于无需安装风阀, 总阻力也偏小, 因此经济性更佳。

½当矩形风道采用静压复得计算法进行设计时, 风道的高宽比对风道的总阻力和系统平衡影响很大。表3是将图2例题的风管改为矩形风管, 在相同的计算条件下, 风管高度不同时, 采用静压复得计算法进行计算所得到的结果。由表3可以看出, 风管长宽比愈大, 即风管湿周愈大, 风道总阻力、支管最高剩余压力和风道面积愈大。

表3 风道高宽比的影响

风管高度/m 风管湿周总长/m 风道总阻力/Pa 支风道最大压差/Pa 风道总面积/m

2

果相同, 在算法上前者更简便。

3 计算步骤

3. 1 由以上分析和讨论可以看出, 静压复得计算法仍然是一种先进的风道计算法, 但是在使用这种方法时, 应注意以上提出的一些特点。下面以一个工程实例来说明静压复得计算法的设计步骤。

为计算方便, 管段编号为¹~¿; 支管编号为[1]~[4]; 分支管编号为1~12, 如图4所示。

步骤1 确定最不利环路, 一般为从风机(空调机组) 到离风机最远的倒数第2

图4 多分支风道系统

根分支管,

即分支管5, 为最不利环路, 本例题为管段5-¹-º-»-¼-½。最不利环路也可能出现在6-¹-º-»-¼-½, 或者2-¿-¾-»-¼-½, 或1-¿-¾-»-¼-½, 需要通过计算来确定。

步骤2 如果采用动压递增法[3], 则计算从尾部管段向前, 假设最不利环路干管的最后一根管段的风速, 并确定该管段的尺寸和阻力, 本例题为管段¹。

步骤3 利用式(2) 计算最不利环路其它管段的风速、尺寸和阻力, 式(2) 中的全压损失由该管段的沿程阻力和该管段段首三通阻力构成, 最新的三通局部阻力系数已包括风道渐缩管的阻力, 由于无论是圆管还是矩形管三通的局部阻力系数(直通、旁通) 均可拟合成相关系数很高的代数方程, 因此为迭代计算提供了方便, 利用计算机可以一次获得所有需要的数据。具体计算可以采用编程方法, 也可以利用M icrosoft Excel 列表进行计算。表4是最不利环路的计算结果, 该表同时给出了支管段4和6的计算结果。

表4 最不利环路计算结果

管段编号风量Q /m /h 风管长度l /m 风速v /m/s 直径D /m 沿程阻力R l /Pa 局部阻力系数局部阻力Z /Pa 风口阻力/Pa 管段阻力/Pa 风道系统总阻力/Pa

0. 9

12. 6

5. 4

6. 6

4. 3

3

¹520. 570. 140. 34

º32. 350. 43. 712. 23

»55. 153. 210. 142. 23

¼55. 973. 640. 142. 99

½56. 834. 3

5500130. 480. 794. 275054. 75

650062. 241. 380. 341. 0250

4500130. 480. 985. 2950

[***********]00

0. 4210. 4750. 4540. 5160. 5570. 2430. 2810. 243

52. 455. 77

¹+º+»+¼+½+5=84. 55

0. 2523. 21351162

0. 3221. 11141056

0. 419. 5105851

0. 518. 5101749

0. 6318. 5101749

0. 819. 7108852

步骤4 管段º的计算方法是本文提出的新算法的关键之一, 在管段º»之间仍然采用式(2) 进行连续计算, 三

通的直通阻力用于管段»¾的静压复得计算, 而管段º»之间的静压复得计算考虑的是三通的旁通阻力, 这里特别加以说明。

步骤5 计算主管各节点的全压和各主支管的阻力和, 表5管节点A , B , 的全压 ¾静压复得计算法一般是由风道系统的倒数第二根, 计算, 其结

#22#问题讨论 2001年第31卷第2期

加, 因此使用静压复得法设计的风道的各支管的不平衡性明显减小, 这一特点大大抵消了各个节点处全压不等带来的风道系统的不平衡。

4. 3 采用静压复得计算法设计的风道所独有的一些特点,

支管编号[1][2][3][4]如最不利环路出现的位置、风管尺寸出现反常缩小现象等

[**************]0等, 应加以注意, 否则可能影响到设计的质量。风量Q /m 3/h

局部阻力系数1. 383. 685. 096. 864. 4 本文提出的静压复得计算法的新算法, 解决了目前国局部阻力Z b /Pa 4. 6612. 2316. 8222. 67际上存在的多分支风道系统无风量调节阀均匀送风的计算支管阻力Z f /Pa 58. 1468. 2872. 8778. 72难题, 大大提高了风道系统设计计算速度, 明显改善了风道节点编号C C B A

系统的平衡性, 经过工程实践的考验, 这种风道计算方法是

节点全压/Pa 68. 2868. 2873. 7280. 35

可行的。

节点静压/Pa 52. 3552. 3552. 3552. 35

4. 5 本文提出的静压复得计算法的新算法特别适合变风

支管余压/Pa 10. 1400. 841. 62

量空调系统的风道系统设计, 该算法可以明显改善风量变

化时风道内压力分布的不平

表6 末端支管压力分布(1)

衡性(有关这方面的研究成

末端分支管编号[**************]

果将另外报道) 。

[***********][***********]风量Q /m 3/h

4. 6 本文提出的静压复得

末端支管压力/Pa 64. 8964. 8965. 7953. 8554. 7554. 7555. 655. 6 56. 5 57. 2856. 3856. 38

计算法的新算法与计算机画

末端支管阻力/Pa 52. 4 54. 7555. 8 55. 7754. 7552. 4 52. 454. 7555. 7755. 7754. 7552. 4

图如何连接是下一步有待研末端支管余压/Pa 12. 4910. 149. 99-1. 9202. 353. 20. 850. 731. 511. 633. 98

究解决的课题。

3. 2 由以上计算结果可以看出, 静压复得计算法具有很好参考文献的压力平衡效果, 除支管[1]由于其弯管的局部阻力系数明1 R J Tsal, H F Behl s. Fallacy of the static regain duct design 显低于三通的旁通局部阻力系数, 导致其余压偏大外, 其它method. ASHRAE Trans, 1988, 94(2) :76-89. 各点平衡效果很好, 采用增加管段¾的局部阻力的方法, 如2 ASHRAE. 1997ASHRAE H andbook, Fun damentals. Atlanta:采用阻力较大的90b 对接弯头, 并使管段¾的管径等于管ASHRAE In c, 1997. 段¿的管径等方法, 支管[1]的余压可以减小。表7是经过3 陆耀庆. 供暖通风设计手册. 北京:中国建筑工业出版社, 1987.

表7 末端支管压力分布(2)

末端分支管编号风量Q /m 3/h

1500

250054. 753. 19

350055. 8

450055. 77

5500

6500

750055. 652. 43. 2

850055. 6 54. 750. 85

950056. 5 55. 770. 73

10500

11500

1250056. 3852. 4 3. 98

管[1]~[4]的阻力和余压。计算所有的出风支风管的全压、各支管的阻力和剩余压力, 表6给出了各出风支管的压力分布。

表5 干管节点压力分布

4 W H Carrier, R E Cherne, W

A

Grant.

M odern heating New

air and York/

conditi oning venti lation. Chicago:Co, 1940.

5 魏润柏. 通风工程空气流动

理论. 北京:中国建筑工业出版社, 1981.

6 S Chun Lun. S impli fied static -regain duct design procedure.

ASHRAE T rans, 1983, 89(2A) :78-94.

7 冯永芳. 实用通风空调风道计算法. 北京:中国建筑工业出版

社, 1995.

8 殷平. 静压复得计算法的新计算公式和算图. 通风除尘, 1983, (2) :1-7.

9 汪兴华, 殷平. 通风空调管道的摩阻计算. 通风除尘, 1982, (4) . 10ASHRAE. ASHRAE duct fitting database. Atlanta:ASHRAE

Inc, 1994.

末端支管压力/Pa 57. 9457. 94末端支管阻力/Pa 52. 4 末端支管余压/Pa

5. 54

58. 8453. 853. 04-1. 92

54. 7554. 7554. 7552. 4 0

2. 35

57. 2856. 3855. 7754. 751. 51

1. 63

Pitman Publishing

阻力调整后的各出风分支管的压力差, 由表7可知, 各出风

管的压差已经小于10Pa(水柱高度1mm) , 这是本文提出的新算法的又一关键。

3. 3 当采用静压复得计算法设计的风道较长, 出现动压差小于全压损失, 断面逐渐增加的风道开始出现反常的断面缩小的现象时, 可以从该管段开始, 调整风道的高宽比和面积, 使节点的全压差最小, 可以避免这一现象的发生, 限于篇幅, 此处从略。4 结论

4. 1 静压复得计算法之所以长时间以来存在这样或那样的问题, 甚至于被人否定, 并不是由于这种方法所依据的理论有什么错误, 问题主要出在所采用的算法或过于近似,

不正确, 或计算起来太麻烦。

4. 2 采用静压复得计算法设计的风道的每根支管处压并不相等, 因此要做到每根支管送风量完全均匀是能的, 但是由于三通的旁通阻力愈接近主风道入口处, 风道的风速与支风道风速差距愈大, 其三通的旁通阻大, 开始逐


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