空氣流動基本原理課件

第二章空氣流動基本原理主要研究空氣流動過程中宏觀力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律以及能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系。內(nèi)容：風(fēng)流壓力、風(fēng)流流動方程、通風(fēng)阻力、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)流的基本定律、簡單通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性、自然通風(fēng)原理、風(fēng)道壓力分布、局部通風(fēng)進(jìn)出口風(fēng)流運(yùn)動規(guī)律、置換通風(fēng)原理等內(nèi)容。第二章空氣流動基本原理主要研究空氣流動過程中宏觀1本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握風(fēng)道流動的空氣靜壓、位壓、動壓、全壓的概念及其相應(yīng)關(guān)系2.掌握空氣流動的連續(xù)性方程和能量方程3.掌握紊流狀態(tài)下的摩擦阻力、局部阻力的計(jì)算4.了解風(fēng)流流態(tài)與風(fēng)道斷面的風(fēng)速分布5.掌握通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)流的基本定律和簡單通風(fēng)網(wǎng)路特性6.掌握自然風(fēng)壓的計(jì)算方法7.了解風(fēng)道通風(fēng)壓力分布8.了解吸入口與吹出口氣流運(yùn)動規(guī)律9.掌握均勻送風(fēng)與置換通風(fēng)方式的原理本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握風(fēng)道流動的空氣靜壓、位壓、動壓、全壓的概2第一節(jié)風(fēng)流壓力風(fēng)流壓力：單位體積空氣所具有的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C(jī)械能。一、靜壓1.概念由分子熱運(yùn)動產(chǎn)生的分子動能的一部分轉(zhuǎn)化的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C(jī)械能叫靜壓能，用Ep表示（J/m3）。當(dāng)空氣分子撞擊到器壁上時(shí)就有了力的效應(yīng)，這種單位面積上力的效應(yīng)稱為靜壓力，簡稱靜壓，用p表示（N/m2，即Pa）工業(yè)通風(fēng)中，靜壓即單位面積上受到的垂直作用力。第一節(jié)風(fēng)流壓力風(fēng)流壓力：單位體積空氣所具有的能夠?qū)ν?2.特點(diǎn)（1）無論靜止的空氣還是流動的空氣都具有靜壓力。（2）風(fēng)流中任一點(diǎn)的靜壓各向同值，且垂直作用面。（3）風(fēng)流靜壓的大小（可用儀表測量）反映了單位體積風(fēng)流所具有的能夠?qū)ν庾龉Φ撵o壓能的多少。3.表示方法（1）絕對靜壓：以真空為測算零點(diǎn)（比較基準(zhǔn)）而測得的壓力，用p表示。（2）相對靜壓：以當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)同標(biāo)高的大氣壓力為測算基準(zhǔn)（零點(diǎn)）而測得的壓力，即表壓力，用h表示。2.特點(diǎn)4P0BAPAPPBPAPBhA(+)hB(-)真空(0)圖2-1-1絕對靜壓、相對靜壓和大氣壓之間的關(guān)系P0BAPAPPBPAPBhA(+)hB(-)真空圖2-1-5風(fēng)流的絕對靜壓（p）、相對靜壓（h）和與其對應(yīng)的大氣壓（p0）三者之間的關(guān)系（見圖2-1-1）：h=p-p0二、動壓1.概念當(dāng)空氣流動時(shí)，除位壓和靜壓外，還有空氣定向運(yùn)動的動能，用Ev表示，J/m3；其單位體積風(fēng)流的動能所轉(zhuǎn)化顯現(xiàn)的壓力叫動壓或稱速壓，用hv表示，單位Pa。風(fēng)流的絕對靜壓（p）、相對靜壓（h）和與其對應(yīng)的大氣壓（62.計(jì)算設(shè)某點(diǎn)的空氣密度為ρi（kg/m3），其定向運(yùn)動的流速即風(fēng)速為i（m/s），則單位體積空氣所具有的動能為：

，J/m3Evi對外所呈現(xiàn)的動壓，Pa2.計(jì)算73.特點(diǎn)（1）只有做定向流動的空氣才具有動壓，因此動壓具有方向性。（2）動壓總大于零。當(dāng)作用面與流動方向有夾角時(shí)，其感受到的動壓值將小于動壓真值。故在測量動壓時(shí)，應(yīng)使感壓孔垂直于運(yùn)動方向。（3）在同一流動斷面上，由于風(fēng)速分布的不均勻性，各點(diǎn)的風(fēng)速不相等，所以其動壓值不等。（4）某斷面動壓即為該斷面平均風(fēng)速計(jì)算值。3.特點(diǎn)8三、位壓1.概念單位體積風(fēng)流對于某基準(zhǔn)面而具有的位能，稱為位壓，用hz表示。物體在地球重力場中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一種能量，叫重力位能，簡稱位能，用Ep0表示。Ep0=MgZ,J三、位壓9abPiZ122211圖2-1-2位壓計(jì)算圖abPiZ122211圖2-1-2位壓計(jì)算圖102.計(jì)算在圖2-1-2所示的井筒中，求1-1、2-2兩斷面之間的位壓，取2-2點(diǎn)為基準(zhǔn)面（2-2斷面的位能為零）。按下式計(jì)算1-1、2-2斷面間位壓：,J/m3此式是位壓的數(shù)學(xué)定義式。即兩斷面間的位壓的數(shù)值就等于兩斷面間單位面積上的空氣柱重量的數(shù)值。2.計(jì)算113.位壓與靜壓的關(guān)系當(dāng)空氣靜止時(shí)（v=0），如圖2-1-2的系統(tǒng)。由空氣靜力學(xué)可知，各斷面的機(jī)械能相等。設(shè)2-2斷面為基準(zhǔn)面，1-1斷面總機(jī)械能E1=Ep01+p12-2斷面總機(jī)械能E2=Ep02+p2由E1=E2得：Ep01+p1=Ep02+p2由于Ep02=0（以2-2斷面為基準(zhǔn)面），Ep01=ρ12gZ12，又得p2=Ep01+p1=ρ12gZ12+p1

此即空氣靜止時(shí)，位壓與靜壓之間的關(guān)系。3.位壓與靜壓的關(guān)系124.位壓的特點(diǎn)（1）位壓是相對某一基準(zhǔn)面具有的能量，它隨所選基準(zhǔn)面的變化而變化。（2）位壓是一種潛在的能量，不能像靜壓那樣用儀表進(jìn)行直接測量。（3）位壓和靜壓可以相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)空氣由標(biāo)高高的斷面流至標(biāo)高低的斷面時(shí)，位壓轉(zhuǎn)化為靜壓；反之，當(dāng)空氣由標(biāo)高低的斷面流至標(biāo)高高的斷面時(shí)，靜壓轉(zhuǎn)化為位壓。4.位壓的特點(diǎn)13四、風(fēng)流的全壓和機(jī)械能1.風(fēng)流的全壓風(fēng)流中某一點(diǎn)的動壓和靜壓之和稱為全壓。全壓也分為絕對全壓（pt）和相對全壓（ht）。在風(fēng)流中某點(diǎn)i的絕對全壓均可用下式表示pti=pi+hvi式中pti——風(fēng)流中i點(diǎn)的絕對全壓，Pa；pi——風(fēng)流中i點(diǎn)的絕對靜壓，Pa；hvi——風(fēng)流中i點(diǎn)的動壓，Pa。由上式可知，風(fēng)流中的任一點(diǎn)的絕對全壓恒大于絕對靜壓；相對全壓有正負(fù)之分，與通風(fēng)方式有關(guān)。四、風(fēng)流的全壓和機(jī)械能142.單位體積風(fēng)流的機(jī)械能根據(jù)能量的概念，單位體積風(fēng)流的機(jī)械能為單位體積風(fēng)流的靜壓能、動能、位能之和，因此，從數(shù)值上來說，單位體積風(fēng)流的機(jī)械能E等于靜壓、動壓和位壓之和，或等于全壓和位壓之和，即E=pi+hvi+hZ或E=pti+hZ2.單位體積風(fēng)流的機(jī)械能15第二節(jié)風(fēng)流流動基本方程包括風(fēng)流流動的連續(xù)性方程和能量方程。本節(jié)主要介紹工業(yè)通風(fēng)中空氣流動的壓力和能量變化規(guī)律，導(dǎo)出風(fēng)道風(fēng)流流動的連續(xù)性方程和能量方程。一、風(fēng)流流動連續(xù)性方程風(fēng)流在風(fēng)道中的流動可以看作是穩(wěn)定流（流動參數(shù)不隨時(shí)間變化的流動）。質(zhì)量守恒定律當(dāng)空氣從風(fēng)道的1斷面流向2斷面，且做定常流動時(shí)（即在流動過程中不漏風(fēng)又無補(bǔ)給），則兩個(gè)過流斷面的空氣質(zhì)量流量相等，即

ρ11S1=ρ22S2

第二節(jié)風(fēng)流流動基本方程包括風(fēng)流流動的連續(xù)性方程和能量16任一過流斷面的質(zhì)量流量為Mi（kg/s），則Mi=const這就是空氣流動的連續(xù)性方程，適用于可壓縮和不可壓縮流體。（1）可壓縮流體當(dāng)S1=S2時(shí)，空氣的密度與其流速成反比。（2）不可壓縮流體（密度為常數(shù)）其通過任一斷面的體積流量Q（m3/s）相等，即Q=iSi=const風(fēng)道斷面上風(fēng)流的平均流速與過流斷面的面積成反比。任一過流斷面的質(zhì)量流量為Mi（kg/s），則17二、風(fēng)流流動能量方程風(fēng)流在圖2-2-1所示的風(fēng)道中由1斷面流至2斷面，其間無其他動力源。設(shè)1kg空氣克服流動阻力消耗的能量為LR(J/kg），周圍介質(zhì)傳遞給空氣的熱量為q（J/kg）；設(shè)1、2斷面的參數(shù)分別為風(fēng)流的絕對靜壓p1、p2（Pa），風(fēng)流的平均流速1、2（m/s）；風(fēng)流的內(nèi)能u1、u2（J/kg）；風(fēng)流的密度ρ1、ρ2（kg/m3）；距基準(zhǔn)面的高度Z1、Z2（m）。圖2-2-1傾斜風(fēng)道示意圖0021Z1Z2二、風(fēng)流流動能量方程圖2-2-1傾斜風(fēng)道示意圖0021Z18在1斷面下，1kg空氣具有的能量為到達(dá)2斷面時(shí)的能量為根據(jù)能量守恒定律，式中qR——風(fēng)流克服通風(fēng)阻力消耗的能量后所轉(zhuǎn)化的熱能，J/kg。在1斷面下，1kg空氣具有的能量為19根據(jù)熱力學(xué)第一定律，傳給空氣的熱量（qR+q），一部分用于增加空氣的內(nèi)能，一部分使空氣膨脹對外做功，即式中，v——空氣的比體積，m3/kg。又因?yàn)椋簩⑸蟽墒酱肭懊娴墓剑⒄砜傻?J/kg此即單位質(zhì)量可壓縮空氣在無其他動力源的風(fēng)道中流動時(shí)能量方程的一般形式。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，傳給空氣的熱量（qR+q），一部分用20進(jìn)一步可求得：，J/kg此即單位質(zhì)量可壓縮空氣在無其他動力源的風(fēng)道中流動時(shí)的能量方程。同理，如有其他動力源并產(chǎn)生風(fēng)壓Lt，則單位質(zhì)量可壓縮空氣能量方程為：，J/kg進(jìn)一步可求得：21設(shè)1m3空氣流動過程中的能量損失為hR（Pa），則由體積和質(zhì)量的關(guān)系，其值為1kg空氣流動過程中的能量損失（LR）乘以按流動過程狀態(tài)考慮計(jì)算的空氣密度ρm，即hR=LRρm將上式代入前面的式子，可得，J/m3。單位體積可壓縮空氣的能量方程（無其他動力源）,J/m3。單位體積可壓縮空氣的能量方程（有其他動力源）設(shè)1m3空氣流動過程中的能量損失為hR（Pa），則由體積22式中，p1-p2——靜壓差；gρm(Z1-Z2)或——為1、2斷面的位壓差；——是1、2斷面的速壓差。上式的物理意義為：1m3空氣在流動過程中的能量損失等于兩斷面間的機(jī)械能差。式中，p1-p2——靜壓差；23三、使用單位體積流體能量方程的注意事項(xiàng)1.由于風(fēng)道斷面上風(fēng)速分布的不均勻性和測量誤差，從嚴(yán)格意義上講，用實(shí)際測得的斷面平均風(fēng)速計(jì)算出來的斷面總動能和斷面實(shí)際總動能是不等的。實(shí)際測得的斷面平均風(fēng)速計(jì)算出來的斷面總動能應(yīng)乘以動能系數(shù)加以修正。

動能系數(shù)Kv是斷面實(shí)際總動能與用實(shí)際測得的斷面平均風(fēng)速計(jì)算出來的總動能的比值，計(jì)算式為：式中，vl為斷面S上微小面積dS的風(fēng)速。Kv值一般為1.02~1.1。在實(shí)際工業(yè)通風(fēng)應(yīng)用中，可取Kv=1。三、使用單位體積流體能量方程的注意事項(xiàng)242.在工業(yè)通風(fēng)中，一般其動能差較小，式中ρm可分別用各自斷面上的密度來代替，以計(jì)算其動能差。3.風(fēng)流流動必須是穩(wěn)定流，即斷面上的參數(shù)不隨時(shí)間的變化而變化，所研究的始、末斷面要選在緩變流場上。4.風(fēng)流總是從總能量（機(jī)械能）大的地方流向總能量小的地方。在判斷風(fēng)流方向時(shí)，應(yīng)用始、末兩斷面上的總能量來進(jìn)行。5.在始、末斷面有壓源時(shí)，壓源的作用方向與風(fēng)流的方向一致，壓源為正，說明壓源對風(fēng)流做功；反之，則為通風(fēng)阻力。6.單位質(zhì)量或單位體積流量的能量方程只適用于1、2斷面間流量不變的條件，對于流動過程中有流量變化的情況，應(yīng)按總能量的守恒定律列方程。2.在工業(yè)通風(fēng)中，一般其動能差較小，式中ρm可分別用各自25第三節(jié)通風(fēng)阻力通風(fēng)阻力是當(dāng)空氣沿風(fēng)道運(yùn)動時(shí)，由于風(fēng)流的黏滯性和慣性以及風(fēng)道壁面等對風(fēng)流的阻滯、擾動作用而形成的，它是造成風(fēng)流能量損失的原因。通風(fēng)阻力包括摩擦阻力（沿程阻力）和局部阻力。一、風(fēng)流流態(tài)與風(fēng)道斷面風(fēng)速分布1.管道風(fēng)流流態(tài)

層流：在流速較低時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)互不混雜，沿著與管軸方向平行的方向做層狀運(yùn)動，稱為層流（或滯流）。

紊流：在流速較大時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動速度在大小和方向上都隨時(shí)發(fā)生變化，成為相互混雜的紊亂流動，稱為紊流（或湍流）。第三節(jié)通風(fēng)阻力通風(fēng)阻力是當(dāng)空氣沿風(fēng)道運(yùn)動時(shí)，由于風(fēng)流26空氣流動基本原理課件27管道內(nèi)流動的狀態(tài)的變化，可用無量綱雷諾數(shù)來表征式中v——?dú)饬魉俣?，m/s；D——管道直徑，m；

ρ——?dú)怏w密度，kg/m3；μ——?dú)怏w動力黏度，Pa·S。流體在直圓管內(nèi)流動時(shí)，流動狀態(tài)的變化：Re<2320（下臨界雷諾數(shù)）：層流；2320<Re<4000：不穩(wěn)定的過渡區(qū)；Re>4000（上臨界雷諾數(shù)）：紊流。實(shí)際工程計(jì)算中，以Re=2300作為管道流動流態(tài)的判定準(zhǔn)數(shù)，即：Re<2300層流；Re>2300紊流。管道內(nèi)流動的狀態(tài)的變化，可用無量綱雷諾數(shù)來表征28（a）層流（b）紊流圖2-3-1風(fēng)流流態(tài)與風(fēng)道斷面風(fēng)速分布示意圖指數(shù)曲線拋物線vcvc（a）層流（b）紊流圖2-3-1風(fēng)流流態(tài)與風(fēng)道斷面風(fēng)速分292.風(fēng)道斷面風(fēng)速分布

層流流態(tài)的風(fēng)流，斷面上的流速分布為拋物線形，中心最大速度v0為平均流速的2倍（圖2-3-1）。

紊流狀態(tài)下，管道內(nèi)流速的分布取決于Re的大小。距管中心r處的流速與管中心（r=0）最大流速v0的比值服從于指數(shù)定律（圖2-3-1）。式中r0——管道半徑；n——取決于Re的指數(shù)：當(dāng)Re=50000時(shí)，n=1/7；Re=200000時(shí)，n=1/8；Re=2000000時(shí)，n=1/10。2.風(fēng)道斷面風(fēng)速分布30設(shè)斷面上任一點(diǎn)風(fēng)速為vi，則風(fēng)道斷面的平均風(fēng)速v為式中，S為斷面面積，即為通過斷面S上的風(fēng)量Q，則Q=vS斷面上平均風(fēng)速v與最大風(fēng)速vmax的比值稱為風(fēng)速分布系數(shù)（速度場系數(shù)），用kv表示

其值與風(fēng)道粗糙度有關(guān)。風(fēng)道壁面愈光滑，該值愈大，即斷面上風(fēng)速分布愈均勻。設(shè)斷面上任一點(diǎn)風(fēng)速為vi，則風(fēng)道斷面的平均風(fēng)速v為31二、一般管道通風(fēng)摩擦阻力及計(jì)算圓形風(fēng)道的摩擦阻力hr可按下式計(jì)算：，Pa式中λ——摩擦阻力無量綱系數(shù)；v——風(fēng)道內(nèi)空氣的平均流速，m/s；ρ——空氣的密度，kg/m3；L——風(fēng)道長度，m；D——圓形風(fēng)道直徑，m。如將風(fēng)道長度為1m摩擦阻力稱為比摩阻，并以hb表示，則，Pa/m二、一般管道通風(fēng)摩擦阻力及計(jì)算32

當(dāng)量直徑：指以與非圓形風(fēng)道有相等比摩阻值的圓形風(fēng)道直徑。分為流速當(dāng)量直徑和流量當(dāng)量直徑兩種，工程中一般用流速當(dāng)量直徑De計(jì)算。

流速當(dāng)量直徑：假想一圓形風(fēng)道中的空氣流速與矩形風(fēng)道的空氣流速相等，且單位長度摩擦阻力（比摩阻）也相等，計(jì)算出的圓形風(fēng)道直徑?？傻昧魉佼?dāng)量直徑De與斷面積S、斷面周長U的關(guān)系為：對于不同形狀的通風(fēng)斷面，其周長U與斷面面積S的關(guān)系：式中，C——斷面形狀系數(shù)（梯形C=4.16，三心拱C=3.85，半圓拱C=3.90）。當(dāng)量直徑：指以與非圓形風(fēng)道有相等比摩阻值的圓形風(fēng)道直徑。33

摩擦阻力無量綱系數(shù)λ與風(fēng)道內(nèi)空氣的流動狀態(tài)和管壁的粗糙度有關(guān)。管壁的粗糙度分為絕對粗糙度K和相對粗糙度K/D。1.當(dāng)流動處于層流區(qū)、層流紊流過渡區(qū)、紊流光滑區(qū)，即時(shí)，λ主要與Re有關(guān)，與K/D無明顯關(guān)系；2.當(dāng)流動處于紊流光滑區(qū)向紊流粗糙區(qū)過渡時(shí)，即Re介于兩者之間時(shí)，λ主要與Re、K/D均有關(guān)系；3.當(dāng)流動處于阻力平方區(qū)（紊流粗糙區(qū)）時(shí)，即時(shí)，λ只與K/D有關(guān)。摩擦阻力無量綱系數(shù)λ與風(fēng)道內(nèi)空氣的流動狀態(tài)和管壁的粗糙度34對于流動為紊流光滑區(qū)向阻力平方區(qū)過渡時(shí)的摩擦阻力無量綱系數(shù)λ，中國于1976年編制的《全國通用通風(fēng)管道計(jì)算表》采用的公式為：式中K——風(fēng)道內(nèi)壁的當(dāng)量絕對粗糙度，mm；D——風(fēng)道直徑，mm。對于流動為紊流光滑區(qū)向阻力平方區(qū)過渡時(shí)的摩擦阻力無量綱系35在實(shí)際通風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)道直徑很小、表面粗糙的磚、混凝土風(fēng)道內(nèi)和隧道及地下風(fēng)道的流動狀態(tài)屬于阻力平方區(qū)；除此以外，一般的通風(fēng)管道的空氣流動狀態(tài)大多屬于紊流光滑區(qū)到紊流粗糙區(qū)之間的過渡區(qū)。在設(shè)計(jì)通風(fēng)管道時(shí)，為避免繁瑣的計(jì)算，可根據(jù)前面的公式制成各種表格或線算圖?！度珖ㄓ猛L(fēng)管道計(jì)算表》即是一種表格形式。圖2-3-2則是根據(jù)上述公式得到的線算圖，適用于K=0.15mm薄鋼板風(fēng)道。在實(shí)際通風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)道直徑很小、表面粗糙的磚、混凝土風(fēng)道36空氣流動基本原理課件37工程計(jì)算中還常用一些簡化公式，如

運(yùn)用線算圖或計(jì)算表，只要已知流量、管徑、流速、阻力四個(gè)參數(shù)中的任意兩個(gè)，即可求得其余兩個(gè)參數(shù)。必須指出：各種線算圖或計(jì)算表格，都是在一些特定的條件下作出的，使用時(shí)必須注意。工程計(jì)算中還常用一些簡化公式，如38當(dāng)實(shí)際條件與圖表?xiàng)l件相差較大時(shí)，應(yīng)加以修正。修正的內(nèi)容主要有以下三類：（1）粗糙度的修正當(dāng)風(fēng)道內(nèi)壁的粗糙度K≠0.15mm時(shí)，可先由圖2-3-2查出hb0，再近似按下式修正：，Pa/m式中hb——實(shí)際比摩阻，Pa/m；hb0——圖上查出的比摩阻，Pa/m；Kr——風(fēng)道內(nèi)壁粗糙度修正系數(shù)；K——風(fēng)道內(nèi)壁粗糙度，mm；v——風(fēng)道內(nèi)空氣流速，m/s。當(dāng)實(shí)際條件與圖表?xiàng)l件相差較大時(shí)，應(yīng)加以修正。修正的內(nèi)容主39（2）空氣溫度和大氣壓力的修正按下式修正：，Pa/m式中，Kt——溫度修正系數(shù)，即t——實(shí)際的空氣溫度，℃；KB——大氣壓力修正系數(shù)，即B——實(shí)際的大氣壓力，kPa。（2）空氣溫度和大氣壓力的修正40Kt和KB也可以直接由圖2-3-3查得。從圖中可看出，在0~100℃范圍內(nèi)，可近似把溫度和壓力的影響看作是直線關(guān)系。1.11.00.90.80.70.660708090100-50050100150t/℃B/kPaKBKtB圖2-3-3溫度與大氣壓的修正系數(shù)Kt和KB也可以直接由圖2-3-3查得。從圖中可看出，在41【例1】已知太原市某廠一通風(fēng)系統(tǒng)采用鋼板制圓形風(fēng)道，風(fēng)量L=1000m3/h，管內(nèi)空氣流速v=10m/s，空氣溫度t=80℃，求風(fēng)管的管徑和單位長度的沿程損失。（太原市大氣壓力為91.9kPa）

解：由線算圖查得：D=200hb0=6.8Pa/m，太原市大氣壓力：B=91.9kPa由圖2-3-3查得：Kt=0.86，KB=0.92所以，hb=KtKBhb0=0.86×0.92×6.8=5.38Pa/m【例1】已知太原市某廠一通風(fēng)系統(tǒng)采用鋼板制圓形風(fēng)道，風(fēng)量42【例2】有一鋼板制矩形風(fēng)道，K=0.15mm，斷面尺寸為500×250mm，流量為L=2700m3/h，空氣溫度為t=50℃，求單位長度摩擦阻力損失。解：矩形風(fēng)管內(nèi)空氣流速=m/s流速當(dāng)量直徑==m由=6m/s，=330mm，查圖2-3-2得：hb0=1.2Pa/m由圖2-3-3查得：t=50℃時(shí)，Kt=0.92所以hb=Kthb0=0.92×1.2=1.1Pa/m【例2】有一鋼板制矩形風(fēng)道，K=0.15mm，斷面尺寸43（3）密度和黏度的修正

，Pa/m式中ρ——實(shí)際的空氣密度，kg/m3；v——實(shí)際的空氣運(yùn)動黏度，m2/s?！纠?】有一表面光滑的磚砌風(fēng)道（K=3mm），斷面尺寸為500×400mm，流量為L=1m3/S（3600m3/h），求單位長度摩擦阻力。（3）密度和黏度的修正44三、阻力平方區(qū)通風(fēng)風(fēng)道摩擦阻力及計(jì)算對于紊流粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)）的摩擦阻力無量綱系數(shù)λ一般采用以下公式或三、阻力平方區(qū)通風(fēng)風(fēng)道摩擦阻力及計(jì)算45在實(shí)際通風(fēng)系統(tǒng)中，紊流粗糙區(qū)的風(fēng)道如為非圓形，在前面計(jì)算圓形風(fēng)道摩擦阻力hr的式子中，用當(dāng)量直徑De代替D，則得到阻力平方區(qū)風(fēng)道的摩擦阻力hr計(jì)算式：因此，對于幾何尺寸和風(fēng)道壁面已定型的紊流粗糙區(qū)通風(fēng)風(fēng)道，λ之與K/D有關(guān)，可視為定值，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣密度為1.2kg/m3，故令，摩擦阻力系數(shù)，kg/m3或Ns2/m4。在實(shí)際通風(fēng)系統(tǒng)中，紊流粗糙區(qū)的風(fēng)道如為非圓形，在前面計(jì)算46前人通過大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)測所得的、在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（密度為1.2kg/m3）條件下的各類風(fēng)道的摩擦阻力系數(shù)，即標(biāo)準(zhǔn)值α0見附錄10。當(dāng)風(fēng)道中空氣密度ρ不等于1.2kg/m3時(shí)，可按下式修正：將α代入摩擦阻力計(jì)算公式，可得若通過風(fēng)道的風(fēng)量為Q（m3/s）時(shí)，則對于已定型的風(fēng)道，L、S、U等為已知，故令，風(fēng)道的摩擦風(fēng)阻，kg/m7或Ns2/m8

前人通過大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)測所得的、在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（密度為1.2k47在正常條件下當(dāng)某一風(fēng)道中的空氣密度一般變化不大時(shí)，可將Rr看作是反映風(fēng)道幾何特征的參數(shù)。代入摩擦阻力計(jì)算公式，則有，Pa此式就是紊流粗糙區(qū)（阻力平方區(qū)）下的摩擦阻力定律。即當(dāng)摩擦風(fēng)阻一定時(shí)，摩擦阻力與風(fēng)量的平方成正比。在正常條件下當(dāng)某一風(fēng)道中的空氣密度一般變化不大時(shí)，可將R48

例某設(shè)計(jì)地下風(fēng)道為梯形斷面S=8m2，L=1000m，采用工字鋼棚支護(hù)，支架截面高度d0=14cm，縱口徑Δ=5，計(jì)劃通過風(fēng)量Q=1200m3/min。預(yù)計(jì)風(fēng)道中空氣密度ρ=1.25kg/m3，求該段風(fēng)道的通風(fēng)阻力。

解：根據(jù)所給的d0、Δ、Q值，由附錄10查得α0=284.2×10-4×0.88=0.025Ns2/m4則風(fēng)道實(shí)際摩擦阻力系數(shù)Ns2/m4風(fēng)道摩擦風(fēng)阻Ns2/m8風(fēng)道摩擦阻力Pa例某設(shè)計(jì)地下風(fēng)道為梯形斷面S=8m2，L=1000m，49四、局部阻力及其計(jì)算由于風(fēng)道斷面、方向變化以及分岔或匯合等原因，使均勻流動在局部地區(qū)受到影響而破壞，從而引起風(fēng)流速度場分布變化和產(chǎn)生渦流等，造成風(fēng)流的能量損失，這種阻力稱為局部阻力。1.局部阻力的成因四、局部阻力及其計(jì)算502.局部阻力及其計(jì)算局部阻力hl一般用動壓的倍數(shù)來表示式中，ξ——局部阻力系數(shù)，無量綱，通過實(shí)驗(yàn)確定。若通過風(fēng)道的風(fēng)量為Q（m3/s）時(shí)，則上式變?yōu)椋捍罅繉?shí)驗(yàn)證明，ξ只取決于局部構(gòu)件的形狀。令，局部風(fēng)阻代入上式，有此即紊流流動下的局部阻力定律。2.局部阻力及其計(jì)算51空氣流動基本原理課件52五、減少通風(fēng)阻力的措施h=hr+hl1.減少通風(fēng)摩擦阻力措施（1）減小相對粗糙度；（2）保證有足夠大的風(fēng)道斷面；（3）選用斷面周長較小的風(fēng)道；（4）減少風(fēng)道長度；（5）避免風(fēng)道內(nèi)風(fēng)量過于集中。五、減少通風(fēng)阻力的措施532.減少局部通風(fēng)阻力措施（1）盡量避免風(fēng)道斷面的突然變化2.減少局部通風(fēng)阻力措施54（2）風(fēng)流交叉或匯合處連接合理（2）風(fēng)流交叉或匯合處連接合理55（3）盡量避免風(fēng)流急轉(zhuǎn)彎（3）盡量避免風(fēng)流急轉(zhuǎn)彎56（4）降低出口流速（4）降低出口流速57（5）風(fēng)道與風(fēng)機(jī)的連接應(yīng)當(dāng)合理保證氣流在進(jìn)出風(fēng)機(jī)時(shí)均勻分布，避免發(fā)生流向和流速的突然變化，以減小阻力（和噪聲）。（5）風(fēng)道與風(fēng)機(jī)的連接應(yīng)當(dāng)合理58第四節(jié)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)流的基本定律

通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)：指若干風(fēng)流按照各自的風(fēng)流方向順序相連而成的網(wǎng)狀線路。包括：風(fēng)量平衡定律、風(fēng)壓平衡定律和通風(fēng)阻力定律。一、風(fēng)量平衡定律節(jié)點(diǎn)：兩條風(fēng)路或兩條以上風(fēng)路的交點(diǎn)。分支：匯合處每條支風(fēng)路。回路：由兩條或兩條以上首尾相連形成的閉合線路。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，在穩(wěn)態(tài)通風(fēng)條件下，流入與流出某節(jié)點(diǎn)的各分支的質(zhì)量流量的代數(shù)和為零，即

ΣMi=0第四節(jié)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)流的基本定律通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)：指若干風(fēng)流按59在不考慮風(fēng)流密度變化的情況下，取流入的風(fēng)量為正，流出的風(fēng)量為負(fù)，則流入與流出某節(jié)點(diǎn)或回路的各分支的體積流量（風(fēng)量）的代數(shù)和為零，即

ΣQi=0156324145321278435618234567（a）（b）圖2-4-1風(fēng)流匯合及回路示意圖在不考慮風(fēng)流密度變化的情況下，取流入的風(fēng)量為正，流出的風(fēng)60如圖2-4-1（a）所示，當(dāng)不考慮風(fēng)流密度變化時(shí)，圖中節(jié)點(diǎn)4處的風(fēng)量平衡方程為Q1-4+Q2-4+Q3-4-Q4-5-Q4-6=0對于圖2-4-1（b）所示閉合回路的情況，同樣有Q1-2+Q3-4=Q5-6+Q7-8或者Q1-2+Q3-4-Q5-6-Q7-8=0如圖2-4-1（a）所示，當(dāng)不考慮風(fēng)流密度變化時(shí)，圖中節(jié)61二、風(fēng)壓平衡定律若任何一回路中沒有附加動力，根據(jù)能量平衡定律，則不同方向的風(fēng)流的風(fēng)壓或通風(fēng)阻力必然平衡或相等。對于圖2-4-1（b），可得h2-4+h4-5+h5-7=h2-7取順時(shí)針方向的風(fēng)壓為正，逆時(shí)針方向的風(fēng)壓為負(fù)，則h2-4+h4-5+h5-7-h2-7=0

對于任何一回路，則有式中，hi為第i段分支的風(fēng)壓或阻力。二、風(fēng)壓平衡定律62

風(fēng)壓平衡定律：沒有附加動力回路中，不同方向的風(fēng)流，其風(fēng)壓或阻力代數(shù)和等于零。若回路中有附加動力，則其風(fēng)壓或阻力代數(shù)和等于附加動力產(chǎn)生風(fēng)壓的代數(shù)和。即式中，HJ為附加動力產(chǎn)生風(fēng)壓的代數(shù)和。風(fēng)壓平衡定律：沒有附加動力回路中，不同方向的風(fēng)流，其風(fēng)壓63三、通風(fēng)阻力定律1.阻力平方區(qū)流動的摩擦阻力定律：風(fēng)流流動處于紊流粗糙區(qū)時(shí)，如摩擦風(fēng)阻一定，摩擦阻力與風(fēng)量的平方成正比。hr=RrQ22.紊流流動局部阻力定律：紊流流動下，如局部風(fēng)阻一定，局部阻力與風(fēng)量的平方成正比。hl=RlQ23.將上兩式相加，則得出阻力平方區(qū)流動總阻力定律。令h=hr+hl為某通風(fēng)系統(tǒng)分支的通風(fēng)總阻力；R=Rr+Rl為某通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)總風(fēng)阻，則有：h=RQ2此即紊流粗糙區(qū)流動總阻力定律。三、通風(fēng)阻力定律64第五節(jié)簡單通風(fēng)網(wǎng)路特性一、通風(fēng)網(wǎng)路基本形式1.串聯(lián)風(fēng)路由兩條或兩條以上分支彼此首尾相連，中間沒有風(fēng)流分匯點(diǎn)的線路。2.并聯(lián)風(fēng)路由兩條或兩條以上具有相同始節(jié)點(diǎn)和末節(jié)點(diǎn)的分支所組成的通風(fēng)網(wǎng)路。3.角聯(lián)風(fēng)路內(nèi)部存在角聯(lián)分支的通風(fēng)網(wǎng)路。

角聯(lián)分支：位于通風(fēng)網(wǎng)路的任意兩條有向通路之間、且不與兩通路的公共節(jié)點(diǎn)相連的分支。簡單角聯(lián)風(fēng)路；復(fù)雜角聯(lián)風(fēng)路。第五節(jié)簡單通風(fēng)網(wǎng)路特性一、通風(fēng)網(wǎng)路基本形式65空氣流動基本原理課件664.復(fù)雜風(fēng)路以上三種均為簡單風(fēng)路，至少包含以上兩種或以上簡單風(fēng)路的通風(fēng)網(wǎng)路稱為復(fù)雜風(fēng)路。二、串聯(lián)風(fēng)路特性

1.總風(fēng)量等于各分支的風(fēng)量即：M1=M2=M3=…=Mn當(dāng)各分支的空氣密度相等時(shí)，或?qū)⑺酗L(fēng)量換算為同一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的風(fēng)量后，Q1=Q2=Q3=…=Qn

2.如系統(tǒng)中無位能差和附加通風(fēng)動力，則總風(fēng)壓（阻力）等于各分支風(fēng)壓（阻力）之和。hs=h1+h2+…+hn=4.復(fù)雜風(fēng)路673.阻力平方區(qū)流動的總風(fēng)阻等于各分支風(fēng)阻之和。即繪制阻力平方區(qū)流動的串聯(lián)風(fēng)路等效阻力特性曲線，方法如下圖：3.阻力平方區(qū)流動的總風(fēng)阻等于各分支風(fēng)阻之和。68“風(fēng)量相等，阻力疊加”串聯(lián)風(fēng)路等效阻力特性曲線“風(fēng)量相等，阻力疊加”串聯(lián)風(fēng)路等效阻力特性曲線69三、并聯(lián)風(fēng)路特性1.總風(fēng)量等于各分支的風(fēng)量之和即

當(dāng)各分支的空氣密度相等時(shí)，或?qū)⑺酗L(fēng)量換算為同一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的風(fēng)量后，2.如系統(tǒng)中無位能差和附加通風(fēng)動力，總風(fēng)壓等于各分支風(fēng)壓Q1=Q2=Q3=…=Qn注意：當(dāng)各分支的位能差不相等，或分支中存在風(fēng)機(jī)等通風(fēng)動力時(shí)，并聯(lián)分支的阻力并不相等。三、并聯(lián)風(fēng)路特性703.阻力平方區(qū)流動并聯(lián)風(fēng)路總風(fēng)阻與各分支風(fēng)阻的關(guān)系即4.并聯(lián)風(fēng)路的風(fēng)量分配若已知并聯(lián)風(fēng)路的總風(fēng)量，在不考慮其他通風(fēng)動力及風(fēng)流密度變化時(shí)，可由下式計(jì)算出分支i的風(fēng)量即分支風(fēng)量取決于總風(fēng)阻與該分支風(fēng)阻之比。3.阻力平方區(qū)流動并聯(lián)風(fēng)路總風(fēng)阻與各分支風(fēng)阻的關(guān)系71并聯(lián)風(fēng)路等效阻力特性曲線“阻力相等，風(fēng)量疊加”并聯(lián)風(fēng)路等效阻力特性曲線72四、阻力平方區(qū)流動角聯(lián)風(fēng)路特性在角聯(lián)風(fēng)路中，角聯(lián)分支的風(fēng)向取決于其始末節(jié)點(diǎn)間的壓能差。通過改變角聯(lián)分支兩側(cè)的邊緣分支的風(fēng)阻，來改變角聯(lián)分支的風(fēng)向。對于圖2-5-1（C），推導(dǎo)出如下角聯(lián)分支風(fēng)流方向判別式

四、阻力平方區(qū)流動角聯(lián)風(fēng)路特性73由該判別式可以看出，簡單角聯(lián)風(fēng)路中角聯(lián)分支的風(fēng)向完全取決于邊緣風(fēng)路的風(fēng)阻比，而與角聯(lián)分支本身的風(fēng)阻無關(guān)。角聯(lián)分支一方面具有容易調(diào)節(jié)風(fēng)向的優(yōu)點(diǎn)，另一方面又有出現(xiàn)風(fēng)流不穩(wěn)定的可能性。由該判別式可以看出，簡單角聯(lián)風(fēng)路中角聯(lián)分支的風(fēng)向完全取決74第六節(jié)自然通風(fēng)及火災(zāi)煙氣流動原理

自然通風(fēng)：由有限空間內(nèi)外空氣的密度差、大氣運(yùn)動、大氣壓力差等自然因素引起有限空間內(nèi)外空氣能量差，促使有限空間的氣體流動并與大氣交換的現(xiàn)象。

自然通風(fēng)動力（自然風(fēng)壓）：促使有限空間內(nèi)氣體流動的能量差。自然通風(fēng)的應(yīng)用：（1）單層工業(yè)廠房（2）多層或高層工業(yè)建筑中的熱車間（3）特種（殊）建筑物、構(gòu)筑物及容器（4）各類建筑物中的防排煙系統(tǒng)第六節(jié)自然通風(fēng)及火災(zāi)煙氣流動原理自然通風(fēng)：由有限空間75一、自然通風(fēng)的產(chǎn)生例1：煙囪內(nèi)外密度差形成（煙囪效應(yīng)）例2：工業(yè)廠房密度差形成一、自然通風(fēng)的產(chǎn)生76例3：礦井密度差形成的自然通風(fēng)例3：礦井密度差形成的自然通風(fēng)77例4：大氣運(yùn)動形成的自然通風(fēng)例4：大氣運(yùn)動形成的自然通風(fēng)78二、自然風(fēng)壓的計(jì)算1.密度差形成的自然風(fēng)壓計(jì)算根據(jù)自然風(fēng)壓定義，圖2-6-2所示系統(tǒng)的自然風(fēng)壓HN可用下式計(jì)算式中Z——與大氣溫度或密度不等的有限空間高度，m；g——重力加速度，m/s2；ρ1、ρ2——分別為圖2-6-2中0-1-2和5-4-3空間的dZ段空氣密度，kg/m3。分別以空氣密度平均值ρm1、ρm2代替ρ1、ρ2后，簡化可得：

二、自然風(fēng)壓的計(jì)算792.大氣運(yùn)動（風(fēng)壓）形成的自然風(fēng)壓計(jì)算風(fēng)向一定時(shí)，建筑物外表面上某一點(diǎn)的風(fēng)壓大小和室外氣流的動壓成正比，HN可用下式表示式中A——空氣動力系數(shù)；（為正，該點(diǎn)風(fēng)壓為正）

vw——室外空氣流速，m/s；

ρm——室外空氣密度，kg/m3。穿堂風(fēng)3.密度差與大氣運(yùn)動（風(fēng)壓）合成的自然風(fēng)壓計(jì)算2.大氣運(yùn)動（風(fēng)壓）形成的自然風(fēng)壓計(jì)算80三、自然風(fēng)壓的影響因素1.密度差形成的自然風(fēng)壓的影響因素可用下式來表示

（1）溫度差影響氣溫差的主要因素是大氣氣溫和風(fēng)流與有限空間內(nèi)的熱交換。

（2）空氣成分和濕度

（3）與大氣溫度或密度不等的有限空間高度（4）大氣壓力三、自然風(fēng)壓的影響因素812.大氣運(yùn)動（風(fēng)壓）形成自然風(fēng)壓的影響因素

（1）室外空氣風(fēng)速

（2）室外溫度T、大氣壓p和相對濕度φ

（3）建筑物形狀、風(fēng)向在實(shí)際通風(fēng)設(shè)計(jì)中，自然通風(fēng)僅以密度差形成自然風(fēng)壓作用計(jì)算。2.大氣運(yùn)動（風(fēng)壓）形成自然風(fēng)壓的影響因素82四、火災(zāi)煙氣流動基本原理1.火災(zāi)煙氣的成分和危害性燃燒分為兩個(gè)階段：熱分解過程和燃燒過程。

火災(zāi)煙氣：指火災(zāi)時(shí)各種物質(zhì)在熱分解和燃燒作用下生成的產(chǎn)物與剩余空氣的混合物，是懸浮的固態(tài)粒子、液態(tài)粒子和氣體的混合物。煙氣的危險(xiǎn)性：（1）毒害性（2）遮光作用（3）高溫危害四、火災(zāi)煙氣流動基本原理832.促使地面建筑物煙氣流動的主要因素（1）煙囪效應(yīng)（2）氣體熱膨脹（3）大氣運(yùn)動風(fēng)力（4）通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)2.促使地面建筑物煙氣流動的主要因素84第七節(jié)風(fēng)道通風(fēng)壓力(能量)分布及分析一、水平風(fēng)道通風(fēng)壓力（能量）分布及分析通風(fēng)機(jī)-水平風(fēng)道通風(fēng)系統(tǒng)如圖2-7-1所示，以縱坐標(biāo)為壓力（相對壓力或絕對壓力），橫坐標(biāo)為風(fēng)流流程，作出壓力（能量）分布線。

第七節(jié)風(fēng)道通風(fēng)壓力(能量)分布及分析一、水平風(fēng)道通風(fēng)壓力85空氣流動基本原理課件86從圖中可以看出：（1）由于風(fēng)道水平，各斷面間無位能差，任意兩斷面間的通風(fēng)阻力等于兩斷面的全壓損失（全壓差）（5-6段除外）。（2）絕對全壓（相對全壓）沿程逐漸減??；絕對靜壓（相對靜壓）沿程分布隨動壓的大小變化而變化。在全壓一定的條件下，風(fēng)流的靜壓和動壓可以相互轉(zhuǎn)化，故靜壓坡度線是沿程起伏變化的。（3）風(fēng)機(jī)的全壓Ht等于風(fēng)機(jī)進(jìn)、出口的全壓差，或等于風(fēng)道的總阻力及出口動壓損失之和。Ht=pt5–pt6Ht=h0-12+hv12即通風(fēng)機(jī)全壓是用以克服風(fēng)道阻力和出口動能損失。從圖中可以看出：87將通風(fēng)機(jī)用于克服風(fēng)道阻力的那一部分能量叫通風(fēng)機(jī)的靜壓Hs，則有Hs=h0-12=Ht-hv12表明Hs一定，出口動壓越小，所需通風(fēng)機(jī)的全壓也越小。（4）風(fēng)機(jī)吸入段的全壓和靜壓均為負(fù)值，在風(fēng)機(jī)入口處負(fù)壓最大；風(fēng)機(jī)壓出段的全壓均是正值，在風(fēng)機(jī)出口處全壓最大。而壓出段的靜壓則不一定。（5）各并聯(lián)分支的阻力總是相等。將通風(fēng)機(jī)用于克服風(fēng)道阻力的那一部分能量叫通風(fēng)機(jī)的靜壓Hs88二、包含非水平風(fēng)道通風(fēng)壓力（能量）分布及分析圖2-7-2為簡化的包含非水平風(fēng)道的地下通風(fēng)系統(tǒng)。二、包含非水平風(fēng)道通風(fēng)壓力（能量）分布及分析891.風(fēng)流壓力（能量）分布線的繪制設(shè)若干測點(diǎn)，即1、2、3、4點(diǎn)，測出各點(diǎn)的絕對靜壓、風(fēng)速、溫度、濕度、標(biāo)高等參數(shù)；然后以最低水平2-3為基準(zhǔn)面，計(jì)算出各斷面的總壓能；再選擇坐標(biāo)系和適當(dāng)?shù)谋壤詨耗転榭v坐標(biāo)，風(fēng)流流程為橫坐標(biāo)，把各斷面的靜壓、動壓和位能描在圖2-7-3的坐標(biāo)系中，即得1、2、3、4斷面的總能量，分別用a、b、c、d點(diǎn)表示，以a1、b1、c1、d1分別表示各斷面的全壓，其中b、c和b1、c1重合；a2、b2、c2、d2點(diǎn)分別表示各斷面的靜壓；最后在壓力（縱坐標(biāo)）-風(fēng)流流程（橫坐標(biāo)）坐標(biāo)圖上描出各測點(diǎn)，將同名參數(shù)點(diǎn)用折線連接起來，即得1-2-3-4流程上的壓力（能量）分布線，如圖2-7-3所示。1.風(fēng)流壓力（能量）分布線的繪制90空氣流動基本原理課件912.包含非水平風(fēng)道風(fēng)流壓力（能量）分布分析（1）全能量沿程逐漸下降，通風(fēng)阻力等于斷面上全能量的下降值；全能量坡度差的坡度反映了流動路線上的通風(fēng)阻力分布狀況。（2）絕對全壓和絕對靜壓坡度線的變化與全能量坡度線的變化不同，其坡度線變化有起伏。（3）位能差（Ep01—Ep04）是自然風(fēng)壓（HN），自然風(fēng)壓和通風(fēng)機(jī)全壓共同克服風(fēng)道通風(fēng)阻力和出口動能損失。2.包含非水平風(fēng)道風(fēng)流壓力（能量）分布分析92第八節(jié)局部通風(fēng)進(jìn)出口氣流運(yùn)動規(guī)律

與均勻送風(fēng)原理一、吸入口氣流運(yùn)動規(guī)律第八節(jié)局部通風(fēng)進(jìn)出口氣流運(yùn)動規(guī)律

與均勻送風(fēng)原理一、吸入93吸氣口附近形成負(fù)壓位于自由空間的點(diǎn)匯吸氣口【圖2-8-1(a)】的吸氣量Q為

式中，v1、v2——分別為點(diǎn)1和點(diǎn)2的空氣流速，m/s；r1、r2——分別為點(diǎn)1和點(diǎn)2至吸氣口的距離，m。若在吸氣口四周加上擋板【圖2-8-1(b)】,吸氣氣流受到限制，吸氣量為吸氣口附近形成負(fù)壓94由上式可以看出，點(diǎn)匯吸氣口外某一點(diǎn)的空氣流速與該點(diǎn)至吸氣口距離的平方成反比，且隨吸氣口吸氣范圍的減小而增大。圖2-8-2為通過實(shí)驗(yàn)求得四周無法蘭邊和四周有法蘭邊的圓形吸氣口的速度分布圖。由上式可以看出，點(diǎn)匯吸氣口外某一點(diǎn)的空氣流速與該點(diǎn)至吸氣95實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可用式（2-8-4）和式（2-8-5）表示：對于四周無法蘭邊的圓形吸氣口，對于四周有法蘭邊的圓形吸氣口，式中，v0——吸氣口的平均流速，m/s；vx——控制點(diǎn)上必需的氣流速度即控制風(fēng)速，m/s；x——控制點(diǎn)至吸氣口的距離，m；F——吸氣口面積，m2。（2-8-4）（2-8-5）實(shí)驗(yàn)結(jié)果也可用式（2-8-4）和式（2-8-5）表示：（96對于寬長比不小于1：3的矩形吸氣口，上兩式也適用。但上兩式僅適用于x≤1.5d的場合，當(dāng)x>1.5d時(shí)，實(shí)際的速度衰減要比計(jì)算值大。二、吹出口氣流運(yùn)動規(guī)律空氣從吹氣口吹出，在空間形成一股氣流稱為吹出氣流或射流。根據(jù)空間界壁對射流的約束條件，射流又分為自由射流（吹向無限空間）和受限射流（吹向有限空間）；按射流內(nèi)部溫度的變化情況，可分為等溫射流和非等溫射流。對于寬長比不小于1：3的矩形吸氣口，上兩式也適用。971.自由淹沒射流圖2-8-3所示為自由淹沒射流的流動圖，1.自由淹沒射流98具有如下特點(diǎn)：（1）出現(xiàn)并發(fā)展邊界層（2）全流場或局部流場氣流參數(shù)分布具有自模性（3）與吸氣口比，軸向速度衰減慢，流場中橫向分速可被忽略。

等溫自由紊流（圓）射流的軸心速度vx、橫斷面直徑dx、起始段長度ln的計(jì)算公式為

（2-8-6）具有如下特點(diǎn)：（2-8-6）992.附壁受限射流當(dāng)射流邊界的擴(kuò)展受到房間邊壁的影響時(shí)，就稱為受限射流（或有限空間射流）。當(dāng)射流斷面面積達(dá)到有限空間橫斷面面積的1/5時(shí)，射流受限，成為有限空間射流。2.附壁受限射流100若以附壁射流為基礎(chǔ)，將無量綱距離定為或式中，Sn是垂直于射流的空間斷面面積。當(dāng)時(shí)，射流的擴(kuò)散規(guī)律與自由射流相同，并稱的斷面為第一臨界斷面。當(dāng)時(shí)，射流擴(kuò)散受限，射流斷面與流量增加變緩，動量不再守恒，且到時(shí)射流流量最大，射流斷面在稍后處亦達(dá)最大，稱的斷面為第二臨界斷面。（2-8-7）若以附壁射流為基礎(chǔ)，將無量綱距離定為（2-8-7）101三、均勻送風(fēng)原理

均勻送風(fēng)：指通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)道把等量的空氣沿風(fēng)道側(cè)壁的成排孔口或短管均勻送出。靜壓差產(chǎn)生的流速為空氣在風(fēng)道內(nèi)的流速為式中pj——風(fēng)道內(nèi)空氣的靜壓；pd——風(fēng)道內(nèi)空氣的動壓。設(shè)孔口實(shí)際流速為v，孔口出流與風(fēng)道軸線間的夾角為α，則它們與孔口面積f0、孔口在氣流垂直方向上的投影面積f、靜壓差產(chǎn)生的流速vj有如下關(guān)系（2-8-8）（2-8-9）（2-8-10）三、均勻送風(fēng)原理（2-8-8）（2-8-9）（2-8-10）102空氣流動基本原理課件103則，孔口出流流量為從上式可以看出，要使各側(cè)孔的送風(fēng)量保持相等，必須保證各側(cè)孔相等，下面為實(shí)現(xiàn)的途徑：1.保持和均相等（1）保持各側(cè)孔流量系數(shù)相等，出流角α盡量大（2）保持各側(cè)孔相等，三種實(shí)現(xiàn)途徑a.各側(cè)孔孔口面積f0相等，風(fēng)道斷面變化保持各側(cè)孔靜壓pj相等。（2-8-11）則，孔口出流流量為（2-8-11）104空氣流動基本原理課件105b.風(fēng)道斷面相等，各側(cè)孔孔口面積f0變化使得相等c.同時(shí)變化風(fēng)道斷面、各側(cè)孔孔口面積f0，使得相等2.變化，也隨之變化b.風(fēng)道斷面相等，各側(cè)孔孔口面積f0變化使得106【例6.4】如下圖所示的薄鋼板圓錐形側(cè)孔均勻送風(fēng)道。總送風(fēng)量為7200m3/h，開設(shè)6個(gè)等面積的側(cè)孔，孔間距為1.5m，試確定側(cè)孔面積、各斷面直徑及風(fēng)道總阻力損失。均勻送風(fēng)管道【例6.4】如下圖所示的薄鋼板圓錐形側(cè)孔均勻送風(fēng)道?？偹惋L(fēng)107解1．計(jì)算靜壓速度和側(cè)孔面積設(shè)側(cè)孔平均流速=4.5m/s，孔口流量系數(shù)=0.6，則側(cè)孔靜壓流速=m/s側(cè)孔面積m2

取側(cè)孔的尺寸高×寬：250×300mm解1082．計(jì)算斷面1處流速和斷面尺寸由≥60°，即≥1.73的原則確定斷面1處流速=m/s取=4m/s，斷面1動壓=Pa斷面1直徑m2．計(jì)算斷面1處流速和斷面尺寸1093．計(jì)算管段1～2的阻力損失由風(fēng)量L=6000m3/h，近似以=800mm作為平均直徑，查線算圖得=0.14Pa/m沿程損失Pa空氣流過側(cè)孔直通部分的局部阻力系數(shù)

局部損失管段1～2總損失=+=0.21+0.096=0.306Pa=0.353．計(jì)算管段1～2的阻力損失=0.351104．計(jì)算斷面2處流速和斷面尺寸根據(jù)兩側(cè)孔間的動壓降等于兩側(cè)孔間的阻力可得Pa斷面2流速=m/s斷面2直徑

m4．計(jì)算斷面2處流速和斷面尺寸m1115．計(jì)算管段2～3的阻力由風(fēng)量L=4800m3/h，=730mm查附錄6.1得=0.14Pa/m沿程損失==0.14×1.5=0.21Pa局部損失=0.35×Pa總損失=+=0.21+0.13=0.34Pa6．按上述步驟計(jì)算其余各斷面尺寸，計(jì)算結(jié)果見表6.6。5．計(jì)算管段2～3的阻力112空氣流動基本原理課件1137．計(jì)算風(fēng)道總阻力因風(fēng)道最末端的全壓為零，因此風(fēng)道總阻力應(yīng)為斷面1處具有的全壓，即

Pa7．計(jì)算風(fēng)道總阻力Pa114第九節(jié)置換通風(fēng)原理與特征一、置換通風(fēng)的原理擠壓的原理第九節(jié)置換通風(fēng)原理與特征一、置換通風(fēng)的原理115空氣流動基本原理課件116二、置換通風(fēng)的特性以浮力控制為動力。具有氣流擴(kuò)散浮力提升、小溫差、低風(fēng)速、送風(fēng)紊流小、溫度/濃度分層、空氣品質(zhì)接近于送風(fēng)、送風(fēng)區(qū)為層流區(qū)的特點(diǎn)。1.置換通風(fēng)房間內(nèi)的自然對流置換通風(fēng)的主導(dǎo)氣流是依靠熱源產(chǎn)生的上升氣流及煙羽來驅(qū)動房間內(nèi)的氣流流向。二、置換通風(fēng)的特性1172.置換通風(fēng)房間的熱力分層置換通風(fēng)是利用空氣密度差在室內(nèi)形成的由下而上的通風(fēng)氣流。3.置換通風(fēng)房間室內(nèi)空氣溫度、速度與有害物濃度的分布

溫度：底部溫度低、上部溫度高。

風(fēng)速：出口約為0.25m/s，隨著高度增加風(fēng)速越來越低。

有害物濃度：上部高，下部低。在1.1m以下的工作區(qū)其有害物濃度遠(yuǎn)低于上部的有害物濃度。2.置換通風(fēng)房間的熱力分層118三、置換通風(fēng)的應(yīng)用1.落地式置換通風(fēng)末端裝置在工業(yè)廠房的應(yīng)用三、置換通風(fēng)的應(yīng)用1192.落地式置換通風(fēng)在會議廳的應(yīng)用3.架空式置換通風(fēng)器在辦公室的應(yīng)用2.落地式置換通風(fēng)在會議廳的應(yīng)用1201.風(fēng)道直徑250mm，長15m，風(fēng)道內(nèi)空氣溫度40℃。求維持層流運(yùn)動的最大流速和相應(yīng)的摩擦阻力。（計(jì)算）2.有一鋼板制矩形風(fēng)道，其斷面尺寸為寬300mm、長600mm，長10m，風(fēng)道內(nèi)流過的風(fēng)量L=4000m3/h。求風(fēng)道的總摩擦阻力。（查圖或表）3．已知某梯形風(fēng)道摩擦阻力系數(shù)α=0.0177N·s2/m4，風(fēng)道長L=200m，凈斷面積S=5m，通過風(fēng)量Q=720m3/min，求摩擦風(fēng)阻與摩擦阻力。？思考題1.風(fēng)道直徑250mm，長15m，風(fēng)道內(nèi)空氣溫度40℃。1214．蘭州市某廠有一通風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)管用薄鋼板制作。已知風(fēng)量L=1500m3/h（0.417m3/s），管內(nèi)空氣流速v=15m/s，空氣溫度t=100℃，求風(fēng)管的管徑和單位長度的沿程損失。5．一矩形薄鋼板風(fēng)管（K=0.15mm）的斷面尺寸為400mm×200mm，管長8m，風(fēng)量為0.88m3/s，在t=20℃的工況下運(yùn)行，試分別用流速當(dāng)量直徑和流量當(dāng)量直徑計(jì)算其摩擦阻力。如果采用礦渣混凝土板（K=1.5mm）制作風(fēng)管，再求該風(fēng)管的摩擦阻力。如果空氣在冬季加熱至50℃，夏季冷卻至10℃，該矩形薄鋼板風(fēng)管的摩擦阻力有何變化？4．蘭州市某廠有一通風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)管用薄鋼板制作。已知風(fēng)量L1226.一圓形通風(fēng)管道系統(tǒng)的局部，大斷面直徑為600，小斷面直徑為400m，今在斷面變化處測得大小斷面之間的靜壓差為550Pa，大斷面的平均動壓為100Pa,空氣密度為1.2kg/m，求該處的局部阻力系數(shù)。6.一圓形通風(fēng)管道系統(tǒng)的局部，大斷面直徑為600，小斷面直徑123Thanks!Thanks!124第二章空氣流動基本原理主要研究空氣流動過程中宏觀力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律以及能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系。內(nèi)容：風(fēng)流壓力、風(fēng)流流動方程、通風(fēng)阻力、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)流的基本定律、簡單通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特性、自然通風(fēng)原理、風(fēng)道壓力分布、局部通風(fēng)進(jìn)出口風(fēng)流運(yùn)動規(guī)律、置換通風(fēng)原理等內(nèi)容。第二章空氣流動基本原理主要研究空氣流動過程中宏觀125本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握風(fēng)道流動的空氣靜壓、位壓、動壓、全壓的概念及其相應(yīng)關(guān)系2.掌握空氣流動的連續(xù)性方程和能量方程3.掌握紊流狀態(tài)下的摩擦阻力、局部阻力的計(jì)算4.了解風(fēng)流流態(tài)與風(fēng)道斷面的風(fēng)速分布5.掌握通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)流的基本定律和簡單通風(fēng)網(wǎng)路特性6.掌握自然風(fēng)壓的計(jì)算方法7.了解風(fēng)道通風(fēng)壓力分布8.了解吸入口與吹出口氣流運(yùn)動規(guī)律9.掌握均勻送風(fēng)與置換通風(fēng)方式的原理本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握風(fēng)道流動的空氣靜壓、位壓、動壓、全壓的概126第一節(jié)風(fēng)流壓力風(fēng)流壓力：單位體積空氣所具有的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C(jī)械能。一、靜壓1.概念由分子熱運(yùn)動產(chǎn)生的分子動能的一部分轉(zhuǎn)化的能夠?qū)ν庾龉Φ臋C(jī)械能叫靜壓能，用Ep表示（J/m3）。當(dāng)空氣分子撞擊到器壁上時(shí)就有了力的效應(yīng)，這種單位面積上力的效應(yīng)稱為靜壓力，簡稱靜壓，用p表示（N/m2，即Pa）工業(yè)通風(fēng)中，靜壓即單位面積上受到的垂直作用力。第一節(jié)風(fēng)流壓力風(fēng)流壓力：單位體積空氣所具有的能夠?qū)ν?272.特點(diǎn)（1）無論靜止的空氣還是流動的空氣都具有靜壓力。（2）風(fēng)流中任一點(diǎn)的靜壓各向同值，且垂直作用面。（3）風(fēng)流靜壓的大?。捎脙x表測量）反映了單位體積風(fēng)流所具有的能夠?qū)ν庾龉Φ撵o壓能的多少。3.表示方法（1）絕對靜壓：以真空為測算零點(diǎn)（比較基準(zhǔn)）而測得的壓力，用p表示。（2）相對靜壓：以當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)同標(biāo)高的大氣壓力為測算基準(zhǔn)（零點(diǎn)）而測得的壓力，即表壓力，用h表示。2.特點(diǎn)128P0BAPAPPBPAPBhA(+)hB(-)真空(0)圖2-1-1絕對靜壓、相對靜壓和大氣壓之間的關(guān)系P0BAPAPPBPAPBhA(+)hB(-)真空圖2-1-129風(fēng)流的絕對靜壓（p）、相對靜壓（h）和與其對應(yīng)的大氣壓（p0）三者之間的關(guān)系（見圖2-1-1）：h=p-p0二、動壓1.概念當(dāng)空氣流動時(shí)，除位壓和靜壓外，還有空氣定向運(yùn)動的動能，用Ev表示，J/m3；其單位體積風(fēng)流的動能所轉(zhuǎn)化顯現(xiàn)的壓力叫動壓或稱速壓，用hv表示，單位Pa。風(fēng)流的絕對靜壓（p）、相對靜壓（h）和與其對應(yīng)的大氣壓（1302.計(jì)算設(shè)某點(diǎn)的空氣密度為ρi（kg/m3），其定向運(yùn)動的流速即風(fēng)速為i（m/s），則單位體積空氣所具有的動能為：

，J/m3Evi對外所呈現(xiàn)的動壓，Pa2.計(jì)算1313.特點(diǎn)（1）只有做定向流動的空氣才具有動壓，因此動壓具有方向性。（2）動壓總大于零。當(dāng)作用面與流動方向有夾角時(shí)，其感受到的動壓值將小于動壓真值。故在測量動壓時(shí)，應(yīng)使感壓孔垂直于運(yùn)動方向。（3）在同一流動斷面上，由于風(fēng)速分布的不均勻性，各點(diǎn)的風(fēng)速不相等，所以其動壓值不等。（4）某斷面動壓即為該斷面平均風(fēng)速計(jì)算值。3.特點(diǎn)132三、位壓1.概念單位體積風(fēng)流對于某基準(zhǔn)面而具有的位能，稱為位壓，用hz表示。物體在地球重力場中因地球引力的作用，由于位置的不同而具有的一種能量，叫重力位能，簡稱位能，用Ep0表示。Ep0=MgZ,J三、位壓133abPiZ122211圖2-1-2位壓計(jì)算圖abPiZ122211圖2-1-2位壓計(jì)算圖1342.計(jì)算在圖2-1-2所示的井筒中，求1-1、2-2兩斷面之間的位壓，取2-2點(diǎn)為基準(zhǔn)面（2-2斷面的位能為零）。按下式計(jì)算1-1、2-2斷面間位壓：,J/m3此式是位壓的數(shù)學(xué)定義式。即兩斷面間的位壓的數(shù)值就等于兩斷面間單位面積上的空氣柱重量的數(shù)值。2.計(jì)算1353.位壓與靜壓的關(guān)系當(dāng)空氣靜止時(shí)（v=0），如圖2-1-2的系統(tǒng)。由空氣靜力學(xué)可知，各斷面的機(jī)械能相等。設(shè)2-2斷面為基準(zhǔn)面，1-1斷面總機(jī)械能E1=Ep01+p12-2斷面總機(jī)械能E2=Ep02+p2由E1=E2得：Ep01+p1=Ep02+p2由于Ep02=0（以2-2斷面為基準(zhǔn)面），Ep01=ρ12gZ12，又得p2=Ep01+p1=ρ12gZ12+p1

此即空氣靜止時(shí)，位壓與靜壓之間的關(guān)系。3.位壓與靜壓的關(guān)系1364.位壓的特點(diǎn)（1）位壓是相對某一基準(zhǔn)面具有的能量，它隨所選基準(zhǔn)面的變化而變化。（2）位壓是一種潛在的能量，不能像靜壓那樣用儀表進(jìn)行直接測量。（3）位壓和靜壓可以相互轉(zhuǎn)化，當(dāng)空氣由標(biāo)高高的斷面流至標(biāo)高低的斷面時(shí)，位壓轉(zhuǎn)化為靜壓；反之，當(dāng)空氣由標(biāo)高低的斷面流至標(biāo)高高的斷面時(shí)，靜壓轉(zhuǎn)化為位壓。4.位壓的特點(diǎn)137四、風(fēng)流的全壓和機(jī)械能1.風(fēng)流的全壓風(fēng)流中某一點(diǎn)的動壓和靜壓之和稱為全壓。全壓也分為絕對全壓（pt）和相對全壓（ht）。在風(fēng)流中某點(diǎn)i的絕對全壓均可用下式表示pti=pi+hvi式中pti——風(fēng)流中i點(diǎn)的絕對全壓，Pa；pi——風(fēng)流中i點(diǎn)的絕對靜壓，Pa；hvi——風(fēng)流中i點(diǎn)的動壓，Pa。由上式可知，風(fēng)流中的任一點(diǎn)的絕對全壓恒大于絕對靜壓；相對全壓有正負(fù)之分，與通風(fēng)方式有關(guān)。四、風(fēng)流的全壓和機(jī)械能1382.單位體積風(fēng)流的機(jī)械能根據(jù)能量的概念，單位體積風(fēng)流的機(jī)械能為單位體積風(fēng)流的靜壓能、動能、位能之和，因此，從數(shù)值上來說，單位體積風(fēng)流的機(jī)械能E等于靜壓、動壓和位壓之和，或等于全壓和位壓之和，即E=pi+hvi+hZ或E=pti+hZ2.單位體積風(fēng)流的機(jī)械能139第二節(jié)風(fēng)流流動基本方程包括風(fēng)流流動的連續(xù)性方程和能量方程。本節(jié)主要介紹工業(yè)通風(fēng)中空氣流動的壓力和能量變化規(guī)律，導(dǎo)出風(fēng)道風(fēng)流流動的連續(xù)性方程和能量方程。一、風(fēng)流流動連續(xù)性方程風(fēng)流在風(fēng)道中的流動可以看作是穩(wěn)定流（流動參數(shù)不隨時(shí)間變化的流動）。質(zhì)量守恒定律當(dāng)空氣從風(fēng)道的1斷面流向2斷面，且做定常流動時(shí)（即在流動過程中不漏風(fēng)又無補(bǔ)給），則兩個(gè)過流斷面的空氣質(zhì)量流量相等，即

ρ11S1=ρ22S2

第二節(jié)風(fēng)流流動基本方程包括風(fēng)流流動的連續(xù)性方程和能量140任一過流斷面的質(zhì)量流量為Mi（kg/s），則Mi=const這就是空氣流動的連續(xù)性方程，適用于可壓縮和不可壓縮流體。（1）可壓縮流體當(dāng)S1=S2時(shí)，空氣的密度與其流速成反比。（2）不可壓縮流體（密度為常數(shù)）其通過任一斷面的體積流量Q（m3/s）相等，即Q=iSi=const風(fēng)道斷面上風(fēng)流的平均流速與過流斷面的面積成反比。任一過流斷面的質(zhì)量流量為Mi（kg/s），則141二、風(fēng)流流動能量方程風(fēng)流在圖2-2-1所示的風(fēng)道中由1斷面流至2斷面，其間無其他動力源。設(shè)1kg空氣克服流動阻力消耗的能量為LR(J/kg），周圍介質(zhì)傳遞給空氣的熱量為q（J/kg）；設(shè)1、2斷面的參數(shù)分別為風(fēng)流的絕對靜壓p1、p2（Pa），風(fēng)流的平均流速1、2（m/s）；風(fēng)流的內(nèi)能u1、u2（J/kg）；風(fēng)流的密度ρ1、ρ2（kg/m3）；距基準(zhǔn)面的高度Z1、Z2（m）。圖2-2-1傾斜風(fēng)道示意圖0021Z1Z2二、風(fēng)流流動能量方程圖2-2-1傾斜風(fēng)道示意圖0021Z142在1斷面下，1kg空氣具有的能量為到達(dá)2斷面時(shí)的能量為根據(jù)能量守恒定律，式中qR——風(fēng)流克服通風(fēng)阻力消耗的能量后所轉(zhuǎn)化的熱能，J/kg。在1斷面下，1kg空氣具有的能量為143根據(jù)熱力學(xué)第一定律，傳給空氣的熱量（qR+q），一部分用于增加空氣的內(nèi)能，一部分使空氣膨脹對外做功，即式中，v——空氣的比體積，m3/kg。又因?yàn)椋簩⑸蟽墒酱肭懊娴墓剑⒄砜傻?J/kg此即單位質(zhì)量可壓縮空氣在無其他動力源的風(fēng)道中流動時(shí)能量方程的一般形式。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，傳給空氣的熱量（qR+q），一部分用144進(jìn)一步可求得：，J/kg此即單位質(zhì)量可壓縮空氣在無其他動力源的風(fēng)道中流動時(shí)的能量方程。同理，如有其他動力源并產(chǎn)生風(fēng)壓Lt，則單位質(zhì)量可壓縮空氣能量方程為：，J/kg進(jìn)一步可求得：145設(shè)1m3空氣流動過程中的能量損失為hR（Pa），則由體積和質(zhì)量的關(guān)系，其值為1kg空氣流動過程中的能量損失（LR）乘以按流動過程狀態(tài)考慮計(jì)算的空氣密度ρm，即hR=LRρm將上式代入前面的式子，可得，J/m3。單位體積可壓縮空氣的能量方程（無其他動力源）,J/m3。單位體積可壓縮空氣的能量方程（有其他動力源）設(shè)1m3空氣流動過程中的能量損失為hR（Pa），則由體積146式中，p1-p2——靜壓差；gρm(Z1-Z2)或——為1、2斷面的位壓差；——是1、2斷面的速壓差。上式的物理意義為：1m3空氣在流動過程中的能量損失等于兩斷面間的機(jī)械能差。式中，p1-p2——靜壓差；147三、使用單位體積流體能量方程的注意事項(xiàng)1.由于風(fēng)道斷面上風(fēng)速分布的不均勻性和測量誤差，從嚴(yán)格意義上講，用實(shí)際測得的斷面平均風(fēng)速計(jì)算出來的斷面總動能和斷面實(shí)際總動能是不等的。實(shí)際測得的斷面平均風(fēng)速計(jì)算出來的斷面總動能應(yīng)乘以動能系數(shù)加以修正。

動能系數(shù)Kv是斷面實(shí)際總動能與用實(shí)際測得的斷面平均風(fēng)速計(jì)算出來的總動能的比值，計(jì)算式為：式中，vl為斷面S上微小面積dS的風(fēng)速。Kv值一般為1.02~1.1。在實(shí)際工業(yè)通風(fēng)應(yīng)用中，可取Kv=1。三、使用單位體積流體能量方程的注意事項(xiàng)1482.在工業(yè)通風(fēng)中，一般