Расчет сети воздуховодов. Порядок расчета потерь давления в воздуховодах. Определение потерь давления на изгибах воздухуводов
Целью аэродинамического расчета является определение потерь давления (сопротивления) движению воздуха во всех элементах системы вентиляции - воздуховодах, их фасонных элементах, решетках, диффузорах, воздухонагревателях и других. Зная общую величину этих потерь, можно подобрать вентилятор, способный обеспечить необходимый расход воздуха. Различают прямую и обратную задачи аэродинамического расчета. Прямая задача решается при проектировании вновь создаваемых систем вентиляции, состоит в определении площади сечения всех участков системы при заданном расходе через них. Обратная задача – определение расхода воздуха при заданной площади сечения эксплуатируемых или реконструируемых систем вентиляции. В таких случаях для достижения требуемого расхода достаточно изменения частоты вращения вентилятора или его замены на другой типоразмер.
Газы представляют собой жидкости, которые не имеют определенного объема. Газ не имеет формы, и он принимает объем контейнера, в котором он находится. На них влияют температура и давление. Объем газа в закрытом контейнере представляет собой объем контейнера. Два контейнера разного объема могут содержать одну и ту же массу газа.
Жидкости - это жидкости, которые имеют определенный объем, который не зависит от формы и объема контейнера. Когда жидкость помещается в контейнер, она принимает форму контейнера, но объем и масса остаются неизменными при постоянной температуре и давлении. Жидкости можно считать несжимаемыми. Объем не будет существенно изменяться под давлением. Объем жидкости может заметно изменяться при разных температурах.
Аэродинамический расчет начинают после определения кратности воздухообмена помещений и принятия решения по трассировке (схеме прокладки) воздуховодов и каналов. Кратность воздухообмена является количественной характеристикой работы системы вентиляции, показывает, сколько раз в течение 1-го часа объем воздуха помещения полностью заменится новым. Кратность зависит от характеристик помещения, его назначения и может отличаться в несколько раз. Перед началом аэродинамического расчета создается схема системы в аксонометрической проекции и масштабе М 1:100. На схеме выделяют основные элементы системы: воздуховоды, их фасонные части, фильтры, шумоглушители, клапана, воздухонагреватели, вентиляторы, решетки и другие. По этой схеме, строительным планам помещений определяют длину отдельных ветвей. Схему делят на расчетные участки, которые имеют постоянный расход воздуха. Границами расчетных участков являются фасонные элементы – отводы, тройники и прочие. Определяют расход на каждом участке, наносят его, длину, номер участка на схему. Далее выбирают магистраль – наиболее длинную цепь последовательно расположенных участков, считая от начала системы до самого удаленного ответвления. Если в системе несколько магистралей одинаковой длины, то главной выбирают с большим расходом. Принимается форма поперечного сечения воздуховодов – круглая, прямоугольная или квадратная. Потери давления на участках зависят от скорости воздуха и состоят из: потерь на трение и в местных сопротивлениях. Общие потери давления системы вентиляции равны потерям магистрали и состоят из суммы потерь всех ее расчетных участков. Выбирают направление расчета – от самого дальнего участка до вентилятора.
Единицы давления как высота колонны воды
Давление - это сила на единицу площади. Давление, оказываемое силой или весом 100 фунтов на 10 фут2, составляет 10 фунтов на квадратный фут. Плотность - это масса на единицу объема. Рисунок? показывает, что измерительная шкала для давления может быть высотой колонны жидкости.
Поэтому давление может быть выражено как высота столба воды. В случае жидкостей и насосных систем он измеряется в футах воды. Однако давление пара измеряется в фунтах на кв. В случае газов и систем вентиляторов это измеряется в дюймах воды. Термин «воздух» при упоминании в комфортном кондиционировании состоит из водяного пара и сухого воздуха, который состоит из остальной части газов в смеси газов. Пары - это не смесь различных веществ, а отдельное химическое соединение.
По площади F определяют диаметр D (для круглой формы) или высоту A и ширину B (для прямоугольной) воздуховода, м. Полученные величины округляют до ближайшего большего стандартного размера, т.е. D ст , А ст и В ст (справочная величина).
Пересчитывают фактические площадь сечения F факт и скорость v факт .
Поверхность земли покрыта воздухом. Как и все массы объектов, масса воздуха притягивается к планете Земля под действием силы тяжести. Следы воздуха могут существовать на расстоянии до 200 миль над землей. Однако 90 процентов массы атмосферного воздуха находится в пределах 10 миль от поверхности земли.
Эта масса воздуха оказывает давление на поверхность земли, и это называется атмосферным давлением воздуха. Давление также измеряется в атмосферах, где 1 атмосфера = 7 фунтов на квадратный дюйм. Самая высокая точка земли над уровнем моря - гора Эверест в Гималайском хребте, разделяющем Индию и Тибет в Китае. Высота земли, измеренная над уровнем моря, называется высотой над уровнем моря или высотой, а высота горы.
Для прямоугольного воздуховода определяют т.н. эквивалентный диаметр DL = (2A ст * B ст ) / (A ст + B ст ), м.
Определяют величину критерия подобия Рейнольдса Re = 64100* D ст * v факт. Для прямоугольной формы D L = D ст .
Коэффициент трения λ тр = 0,3164 ⁄ Re-0,25 при Re≤60000, λ тр = 0,1266 ⁄ Re-0,167 при Re>60000.
Поэтому плотность воздуха уменьшается с высотой над уровнем моря. Поскольку мы дышим тем же объемом воздуха при любом возвышении, массовое количество воздуха и, следовательно, количество кислорода, которое мы дышим, уменьшается с увеличением возвышенностей. Снижение плотности также влияет на работу нескольких типов оборудования, которые используют или обрабатывают воздух. Таким образом, это оборудование рассчитано на нулевую отметку, и их необходимо переконфигурировать или повторно выбрать для более высоких высот.
Определение потерь давления на изгибах воздухуводов
Давление жидкостей измеряется в футах воды, а давление газов измеряется в дюймах воды. Пар также является газом, но давление пара измеряется в фунтах на квадратный дюйм. Выбор измерительной жидкости связан с удобством и практичностью. Это может привести к очень большим или очень небольшим значениям для разных ситуаций. Плотность воздуха также изменяется с температурой, как показано в таблице ниже. Поэтому наружный воздух зимой находится под более высоким давлением, чем воздух в помещении.
Коэффициент местного сопротивления λм зависит от их типа, количества и выбирается из справочников.
Чтобы определиться с размерами сечений на любом из отрезков воздухораспределительной системы, необходимо произвести аэродинамический расчет воздуховодов. Показатели, полученные при таком расчёте, определяют работоспособность как всей проектируемой системы вентиляции, так и отдельных её участков.
Это приводит к проникновению наружного воздуха через оболочку здания в пространство внутри помещения. Каждая поверхность или объект на земле имеет массу атмосферы, покоящуюся на ней. Таким образом, абсолютный вес или давление, оказываемое веществом, представляет собой вес вещества, находящегося на весовой шкале плюс вес воздуха, покрывающего весовую шкалу. Сумма этих двух давлений называется абсолютным давлением. Давление, создаваемое атмосферой, может быть проигнорировано для повседневных ситуаций, и мы можем измерять давления и массы выше атмосферного давления.
Для создания комфортных условий в кухне, отдельной комнате или помещении в целом необходимо обеспечить правильную проектировку воздухораспределительной системы, которая состоит из множества деталей. Важное место среди них занимает воздуховод, определение квадратуры которого оказывает влияние на значение скорости воздушного потока и шумность вентиляционной системы в целом. Определить эти и ряд других показателей позволит аэродинамический расчет воздуховодов.
Давление, исключающее атмосферное давление, называется манометрическим давлением. Абсолютное давление не может быть проигнорировано в научных расчетах, поскольку атмосферное давление изменяется с высотой. Абсолютные единицы давления должны использоваться при рассмотрении таких уравнений, как законы о газе.
Невозможно выполнить измерение давления на поверхности земли, если оно не сделано относительно атмосферного давления. Манометры, пьезометры и все устройства измерения давления показывают избыточное давление, то есть давление выше 7 фунтов на кв. Предполагается, что нулевой фунт идеальный вакуум.
Последовательность выполнения
Включает несколько этапов, каждый из них определяет ряд показателей, а также их суммарные значения. Все элементы формируются в виде таблиц.
- Разрабатывается аксонометрическая схема воздухораспределительной системы и подготавливается к расчёту и выбору сечений воздуховодов.
- Рассчитываются аэродинамические сопротивления.
- Производится увязка основной линии (магистрали) и ответвлений.
Этап первый
Сюда входит аэродинамический расчёт механических систем кондиционирования или вентиляции, который включает ряд последовательных операций.Составляется схема в аксонометрии, которая включает вентиляцию: как приточную, так и вытяжную, и подготавливается к расчёту.
Этого не может быть достигнуто на практике. Инструмент, используемый для измерения атмосферного давления, называется барометром. Меркурий используется для измерения этого давления, поскольку инструмент, использующий колонку с водой высотой 34 фута, непрактичен. Принцип измерения атмосферного давления показан на рис. Трубка, которая закрыта с одного конца, сначала инвертируется и заполняется жидкостью, используемой для измерения давления.
Затем открытый конец закрывают и переворачивают, а затем погружают в резервуар, содержащий ту же жидкость. Жидкость в трубке будет подниматься до тех пор, пока она не достигнет высоты, которая имеет такое же эквивалентное давление атмосферы на уровне резервуара. Пространство выше уровня в трубе представляет собой вакуум при давлении 0. Как и при измерении температуры, ртутный барометр не подходит для измерения очень высокого и низкого давления и используются другие типы инструментов.
Размеры площади сечений воздуховодов определяются в зависимости от их типа: круглого или прямоугольного.
Формирование схемы
Схема составляется в аксонометрии с масштабом 1:100. На ней указываются пункты с расположенными вентиляционными устройствами и потреблением воздуха, проходящего через них.
Каналы изготавливаются обычно из тонкой легкой оцинкованной стали или алюминия, и они используются для распределения воздуха и газов. Форма воздуховода может быть круглой, прямоугольной или овальной. Трубы изготовлены из стали, меди, чугуна и других тяжелых материалов, и они используются для распределения воды и жидкостей.
Газы и жидкости являются жидкостями и отличаются по своим свойствам плотности, кинематической вязкости и теплоемкости. Принципы калибровки труб, теория и уравнения для обоих каналов и труб одинаковы. Каналы имеют размер первого размера как круглый, а затем эквивалентные прямоугольные и овальные размеры определяют для того же давления, что и круглый канал.
Здесь следует определиться с магистралью – основной линией исходя из которой проводятся все операции. Она представляет собой цепь последовательно соединённых отрезков, с наибольшей нагрузкой и максимальной протяжённостью.
Выстраивая магистраль, следует обратить внимание на то какая система проектируется: приточная или вытяжная.
Эти уравнения используют компьютерные программы для проектирования труб и каналов. Однако диаграммы, сгенерированные уравнениями, используются для калибровки труб и каналов вручную. В случае прямоугольных воздуховодов предусмотрены столы для преобразования круглых воздуховодов в эквивалентные прямоугольные каналы.
Общие принципы калибровки труб описаны в главе 34, стр. Уравнения Дарси-Вейсбаха и Коулбрука-Уайта используются для расчета падения давления в секции трубы из-за трения флюида. Уравнение Дарси-Вейсбаха. Где ε = абсолютная шероховатость внутренней стенки трубы.
Приточная
Здесь линия расчёта выстраивается от самого удалённого распределителя воздуха с наибольшим потреблением. Она проходит через такие приточные элементы, как воздуховоды и вентиляционная установка вплоть до места где происходит забор воздуха. Если же система должна обслуживать несколько этажей, то распределитель воздуха располагают на последнем.
Для полного грубого течения значение числа Рейнольдса велико, а последним членом в уравнении 20 можно пренебречь. Уравнение 21 можно использовать на своем месте. Как число Рейнольдса увеличивается, значения из уравнения 20 приближаются к значениям, которые были бы получены путем применения уравнения 21 непосредственно для полностью грубого потока. Размеры труб и размер каждой секции трубы зависят от ваших критериев. Критерии могут быть основаны на границах потерь давления на 100 футов, максимальной скорости или максимального потока.
Это делается для каждого стандартного размера трубы, начиная с наименьшего размера и продолжая до тех пор, пока не будет найден размер, соответствующий критериям. Когда максимальный предел размера трубы достигнут, вы должны использовать свое инженерное решение, чтобы решить, следует ли.
Вытяжная
Строится линия от самого удалённого вытяжного устройства, максимально расходующего воздушный поток, через магистраль до установки вытяжки и дальше до шахты, через которую осуществляется выброс воздуха.
Если планируется вентиляция для нескольких уровней и установка вытяжки располагается на кровле или чердаке, то линия расчёта должна начинаться с воздухораспределительного устройства самого нижнего этажа или подвала, который тоже входит в систему. Если установка вытяжки находится в подвальном помещении, то от воздухораспределительного устройства последнего этажа.
Рис.: Свойства жидкостей
Поддерживать критерии калибровки и увеличивать размер трубы выше максимального предела или поддерживать ограничение размера трубы и вычислять новые критерии для этого размера.
Свойства материалов труб, используемых в зданиях
Вы можете выбрать один из двух вариантов определения температуры жидкости в каждой секции трубы. В первом варианте вы можете принять среднюю температуру подачи и возвратной жидкости для всех секций подачи и возврата. Эти данные используются для расчета свойств флюида.В случае неизолированных труб и высокотемпературного пара и горячей воды необходимо рассчитывать температуру подачи на каждом терминале. Это делается путем расчета входной и выходной температуры каждой секции питания, начиная с начальной температуры первой секции. Необходимо определить первый раздел. В случае с жидкостями первая секция представляет собой сечение за насосной станцией.
Вся линия расчёта разбивается на отрезки, каждый из них представляет собой участок воздуховода со следующими характеристиками:
- воздуховод единого размера сечения;
- из одного материала;
- с постоянным потреблением воздуха.
Следующим шагом является нумерация отрезков. Начинается она с наиболее удалённого вытяжного устройства или распределителя воздуха, каждому присваивается отдельный номер. Основное направление – магистраль выделяется жирной линией.
Температура входа в любой секции питания - это температура выхода в верхнюю секцию. Вы можете сбросить температуру выходящей секции для секций, имеющих основное оборудование. Для расчета потерь и потерь тепла и тепла тепла используются следующие уравнения.
Уравнение 12 основано на тепловом потоке. Средняя температура секции - это среднее значение температуры, входящей и выходящей из секции. Поскольку температура отпуска неизвестна, средняя температура рассчитывается итеративно. Температура жидкости, протекающей через секцию трубы, получается из уравнения. Процедура определения изменений температуры пара описана в Паропроводе.
Далее, на основе аксонометрической схемы для каждого отрезка определяется его протяжённость с учётом масштаба и потребления воздуха. Последний представляет собой сумму всех величин потребляемого воздушного потока, протекающего через ответвления, которые примыкают к магистрали. Значение показателя, который получается в результате последовательного суммирования, должно постепенно возрастать.
Фрикционные потери для некруговых воздуховодов
Все расчеты потерь на трение основаны на эквивалентном гидравлическом диаметре. При одинаковой длине круглых и прямоугольных каналов, постоянном потоке в каждом канале и равном сопротивлении течению как в круглом, так и в прямоугольном каналах эквивалентный круг прямоугольного канала рассчитывается по формуле.
Средняя скорость в прямоугольном и овальном канале будет меньше его кругового эквивалента. Для овальных каналов соответствующие уравнения. Для обоих прямоугольных и овальных каналов длина сторон первоначально определяется целевым соотношением сторон. Если результирующие размеры не соответствуют минимальным и максимально допустимым ограничениям, размеры пересчитываются без использования целевого соотношения сторон.
Определение размерных величин сечений воздуховодов
Производится исходя из таких показателей, как:
- потребление воздуха на отрезке;
- нормативные рекомендуемые значения скорости движения воздушного потока составляют: на магистралях - 6м/с, на шахтах где происходит забор воздуха – 5м/с.
Рассчитывается предварительное размерная величина воздуховода на отрезке, которая приводится к ближайшему стандартному. Если выбирается прямоугольный воздуховод, то значения подбираются на основе размеров сторон, отношение между которыми составляет не более чем 1 к 3.
Этап второй
Здесь рассчитываются аэродинамические показатели сопротивления. После выбора стандартных сечений воздуховодов уточняется величина скорости воздушного потока в системе.
Расчёт потерь давления на трение
Следующим шагом является определение удельных потерь давления на трение исходя из табличных данных или номограмм. В ряде случаев может пригодиться калькулятор для определения показателей на основе формулы, позволяющей произвести расчёт с погрешностью в 0,5 процента. Для вычисления общего значения показателя, характеризующего потери давления на всём участке, нужно его удельный показатель умножить на длину. На этом этапе также следует учитывать поправочный коэффициент на шероховатость. Он зависит от величины абсолютной шероховатости того или иного материала воздуховода, а также скорости.
Вычисление показателя динамического давления на отрезке
Здесь определяют показатель, характеризующий динамическое давление на каждом участке исходя из значений:
- скорости воздушного потока в системе;
- плотности воздушной массы в стандартных условиях, которая составляет 1,2 кг/м3.
Определение значений местных сопротивлений на участках
Их можно рассчитать исходя из коэффициентов местного сопротивления. Полученные значения сводят в табличной форме, в которую включаются данные всех участков, причём не только прямые отрезки, но и по несколько фасонных частей. Название каждого элемента заносится в таблицу, там же указываются соответствующие значения и характеристики, по которым определяется коэффициент местного сопротивления. Эти показатели можно найти в соответствующих справочных материалах по подбору оборудования для вентиляционных установок.
При наличии большого количества элементов в системе или при отсутствии определённых значений коэффициентов используется программа, которая позволяет быстро осуществить громоздкие операции и оптимизировать расчёт в целом. Общая величина сопротивления определяется как сумма коэффициентов всех элементов отрезка.
Вычисление потерь давления на местных сопротивлениях
Рассчитав итоговую суммарную величину показателя, переходят к вычислению потерь давления на анализируемых участках. После расчёта всех отрезков основной линии полученные числа суммируют и определяют общее значение сопротивления вентиляционной системы.
Этап третий: увязка ответвлений
Когда проведены все необходимые расчёты необходимо произвести увязку нескольких ответвлений. Если система обслуживает один уровень, то увязывают ответвления не входящие в магистраль. Расчёт проводят в том же порядке, что и для основной линии. Результаты заносятся в таблицу. В многоэтажных зданиях для увязки используются поэтажные ответвления на промежуточных уровнях.
Критерии увязки
Здесь сопоставляются значения суммы потерь: давления по увязываемым отрезкам с параллельно присоединённой магистралью. Необходимо чтобы отклонение составляло не более 10 процентов. Если установлено, что расхождение больше, то увязку можно проводить:
- путём подбора соответствующих размеров сечения воздуховодов;
- при помощи установки на ответвлениях диафрагм или дроссельных клапанов.
Иногда для проведения подобных расчётов необходим всего лишь калькулятор и пара справочников. Если же требуется провести аэродинамический расчёт вентиляции больших зданий или производственных помещений, то понадобится соответствующая программа. Она позволит быстро определить размеры сечений, потери давления как на отдельных отрезках, так и во всей системе в целом.
http://www.youtube.com/watch?v=v6stIpWGDow Video can’t be loaded: Проектирование систем вентиляции. (http://www.youtube.com/watch?v=v6stIpWGDow)
Загрузка...
