空气在风管中流动

空气在风管中流动时，由于风管有摩阻和局阻以及截面的变化，还有分支的管理，所以空气的全压、动压和静压力是不断变化的，研究风管内空气压力的分布规律，有助于我们更好地解决通风系统的设计和运行管理等问题。

设有一通风系统，如图4．6所示，空气进出口都有局部阻力，现在分析这个系统中风管内的压力分布情况。

只要算出各断面的全压值、动压值和静压值，把它们标出后逐点连接起来，就可以得到风管内的压力分布情况。

下面确定各断面的压力：

断面1：

列出空气入口处和入口断面1的能量方程式：

Pq0＝Pq1＋Z1（4．15）

用表压力表示，则Pq0＝大气压力＝0

式中 Z1——空气入口处的局部阻力；

图4．6 有摩擦阻力和局部阻力的风管压力分布

Pd1—2——管段1—2的动压；

Pj1——管段入口1处的静压。

上式表明断面1处的全压和静压均比大气压低。静压Pj1降低的一部分转化为动压Pd1～2，另一部分消耗在克服入口的局部阻力Z1。

断面2：

Pq2＝Pq1-（Rm1—2l1—2＋Z2） （4．16）

Pj2＝Pq2-Pd1—2＝Pj1＋Pd1—2-（Rm1—2l1—2＋z2）-Pd1—2＝Pj1-（Rm1—2l1—2＋Z2）

则 Pj1-Pj2＝Rm1—2l1—2＋Z2

式中 Rm1—2——管段1—2的比摩阻；

Z2——突然扩大的局部阻力。

由4．16式看出，当管段1—2内空气流速不变时，风管的阻力是由降低空气的静压来克服的，从图4．6还可以看出，由于管段2—3的流速小于管段1—2的流速，空气流过断面2后动压减小，使得产生静压扩大上升。

断面3：

Pq3＝Pq2-Rm2—3l2—3（4．17）

断面4：

Pq4＝Pq3-Z3—4（4．18）

式中 Z3—4——减缩管的局部阻力。

断面5（风机进口）：

Pq5＝Pq4-（Rm4—5l4—5＋Z5） （4．19）

式中 Z5——风机进口处90°弯头的阻力。

断面11（风管出口）：

式中 v11——风管出口处空气流速；

Z′11——风管出口处局部阻力；

ζ′11——风管出口局部阻力系数；

ζ11——包括动压损失在内出口局部阻力系数，ζ11＝（1＋ζ′11）。

在实际工作中，为便于计算，设计手册中一般直接给出ζ值而不是ζ′值。

断面10：

Pq10＝Pq11＋Rm10—11l10—11（4．21）

断面9：

Pq8＝Pq9＋Z9—10（4．22）

式中 Z9—10——渐扩管的局部阻力。

断面8：

Pq7＝Pq8＋Z7—8（4．23）

式中 Z7—8——三通直管的局阻。

断面6（风机出口）

Pq6＝Pq7＋Rm6—7l6—7（4．24）

自断面7开始，有7—8及7—12两个支管。 为了表示支管7—12的压力分布。 过0′引平行于支管7—12轴线的0′—0′线作为大气压力基准线，可用上述同样方法求出此支管的全压值。 因为断面7是两支管的共同断面，它们的压力线必定在此汇合，即压力值的大小相等。

把以上各断面全压值标在图上，并根据摩擦阻力与风管长度成直线关系，连接各个全压值可得到全压分布曲线。 以各截面的全压减去该截面的动压，即为各截面的静压，同样可绘出静压分布曲线。 从风管内压力分布图和计算结果，可看出空气在管道内流动时的一些规律：

①风机所需的风压P应等于风机进出口的全压差，即P风机所提供的总压，或者说P即等于风管的阻力及出口动压损失之和，亦等于风管的总阻力。 可用下式表示：

故采用风机时需用总压乘以安全系数1．1～1．2进行选择。

②风机吸入段的全压和静压均为负值，因此吸风管连接处不严密时，只会有空气渗漏入内，不会溢出，在风机入口处负压最大；风机压出段的全压和静压一般情况下是正值，在风机出口处全压最大。 但在风机压出段有时会出现静压为负值的情况，如图4．6所求，因此风机压出段连接不严密处，会有空气吸入或溢出，以致影响风量的分配以及造成有害气体或粉尘向外泄漏。

③各个并联支管的阻力必须相等。 如果设计时没有考虑各支管阻力相等，则在实际运行时，各支管就要按其管道阻力特性自动平衡，造成实际风量与设计风量不相符。

④压出段截面9的静压出现负值，有时是人们的设计使断面9收缩得很小，致使流速大大增加，当动压大于全压时，该处的静压出现负值。 若在断面9开孔，就会吸入空气，某些压送式气力输送系统的收料器进料和诱导式通风就是运用这一原理制成的。