- Тип воздуховода влияет на коэффициент трения только в тех воздуховодах, которые былиполностью растянуты (сжатие 0%).
- Степень сжатия оказывает большое влияние на коэффициент трения. 5%ное сжатие можетпривести к удвоению коэффициента трения. И тогда влияние типа воздуховода оказываетсяпренебрежимо малым.
- Влиянием диаметра воздуховода (102 мм – 305 мм), скорости воздуха (2 м/с – 6 м/с) и направления потока на коэффициент трения можно пренебречь.
- Коэффициент сопротивления сильно зависит от типа воздуховода.
Результаты исследования показаны на графиках падения давления.
1. Введение
Падение давления в воздуховоде, состоящем из одного или нескольких прямых участков и нескольких изгибов, зависит в числе прочего от коэффициентов трения воздуховода и коэффициентовсопротивления изгибов.
Для определения падения давления в воздуховоде необходимо знать эти коэффициенты. Влияние некоторых параметров на эти коэффициенты было измерено организацией TNO.
При исследовании воздуховодов оценивали влияние на коэффициент трения следующих параметров:
- Тип воздуховода
- Диаметр воздуховода
- Степень сжатия
- Направление потока
- Скорость воздуха
При исследовании изгибов оценивали влияние на коэффициент сопротивления следующихпараметров:
- Форма колена
- Тип воздуховода
При проведении исследований использовали измерительный стенд.
Далее рассмотрим влияние диаметра воздуховода, шероховатости внутренних стенок воздуховода ичисла Рейнольдса на коэффициент трения, а затем будет рассмотрена эквивалентная длина изгибов.
2. Падение давления
Как правило, смонтированный воздуховод имеет несколько прямых участков и несколько изгибов. При протекании газа через такой воздуховод на каждом прямом участке и на каждом изгибе будет наблюдаться падение давления. Для определения напора вентилятора необходимо определить падение давления на каждом прямом участке и на каждом изгибе воздуховода.
Прямой участок воздуховода
Из этой формулы вытекает следующее:
- Падение давления пропорционально коэффициенту трения.
- Падение давления пропорционально плотности газа.
- Коэффициент трения слабо уменьшается при увеличении числа Рейнольдса (Re = U.D/v).
- Коэффициент трения уменьшается при уменьшении относительной шероховатости k/D.
Отсюда вытекает, что:
- Коэффициент трения слабо уменьшается при увеличении скорости (за счет увеличения числа Рейнольдса).
- Коэффициент трения уменьшается при увеличении диаметра, если шероховатость стенокостается той же самой (за счет увеличения числа Рейнольдса и уменьшения относительной шероховатости).
Шероховатость стенок определяется
- типом воздуховода;
- степенью сжатия.
Влияние воздуховода на коэффициент трения определяли при сжатии 0%, поэтому фактическая длинавоздуховода была равна максимальной длине.
Изгибы
Падение давления на изгибе воздуховода больше, чем падение давления в сварном колене с таким же диаметром и радиусом кривизны, так как потери на трение в изгибе значительно больше. В металлическом колене внутренняя стенка является гладкой, в отличие от изгиба воздуховода, особенно,если внутренняя часть изгиба сильно сжата. В связи с этим обтекаемая потоком поверхностьстановится меньше, и скорость потока возрастает.
Эквивалентная длина
Эквивалентная длина изгиба представляет собой длину прямого участка, падение давления на которойравно падению давления на данном изгибе.
Эквивалентные длины подвергавшихся испытаниям воздуховодов DFA 102 мм определялипо этой формуле.
Электронная библиотека
Безопасность жизнедеятельности в техносфере / Системы защиты среды обитания / 1.5.5 Расчет каналов и воздуховодов
В канальных системах естественной вытяжной вентиляции
воздух перемещается в каналах и воздуховодах под действием естественного давления, возникающего вследствие разности давлений холодного наружного и теплого внутреннего воздуха.
Естественное давление
(Dре) определяют по формуле:
Dре = hig (rн – rв), (1.5)
где hi – высота воздушного столба, принимаемая от центра вытяжного отверстия до устья вытяжной шахты, м; rн, rв – плотность соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м3.
Расчетное естественное давление
для систем вентиляции жилых и общественных зданий согласно /36/ определяется для температуры наружного воздуха +5 °С. Считается, что при более высоких наружных температурах, когда естественное давление становится весьма незначительным, дополнительный воздухообмен можно получать, открывая более часто и на более продолжительное время форточки, фрамуги, а иногда створки оконных рам.
Анализируя выражение (1.5), можно сделать следующие практические выводы:
1) верхние этажи здания по сравнению с нижними находятся в менее благоприятных условиях, так как располагаемое давление здесь меньше;
2) естественное давление становится большим при низкой температуре наружного воздуха и заметно уменьшается в теплое время года;
3) охлаждение воздуха в воздуховодах (каналах) влечет за собой снижение действующего давления и может вызвать выпадение конденсата со всеми вытекающими последствиями.
Кроме того, из выражения (1.5) следует, что естественное давление не зависит от длины горизонтальных воздуховодов, тогда как для преодоления сопротивлений в коротких ветвях воздуховодов, безусловно, требуется меньше давления, чем в ветвях значительной протяженности. На основании технико-экономических расчетов и опыта эксплуатации вытяжных систем вентиляции радиус действия их (от оси вытяжной шахты до оси наиболее удаленного отверстия) допускается не более 8 м.
Для нормальной работы системы естественной вентиляции необходимо, чтобы выполнялось условие:
S(Rlb + Z)a = Dpе,
где R – удельная потеря давления на трение, Па/м; l – длина воздуховодов (каналов), м; Rl – потеря давления на трение расчетной ветви, Па; b – поправочный коэффициент на шероховатость поверхности; Z – потеря давления на местные сопротивления, Па; a – коэффициент запаса, равный 1,1…1,15; Dре – располагаемое давление, Па.
Расчету воздуховодов (каналов) должна предшествовать следующая расчетно-графическая работа:
1) определение воздухообменов;
2) компоновка систем вентиляции;
3) графическое изображение на планах этажей и чердака элементов системы;
4) вычерчивание аксонометрических схем всех элементов системы;
5) аэродинамический расчет воздуховодов.
1.
Воздухообмены для каждого помещения определяются по кратностям (согласно строительным нормам и правилам соответствующего здания) или по расчету. При этой работе заполняется бланк специальной формы (табл. 1.7).
Таблица 1.7
Воздухообмен помещений здания
| Номер помещения | Назначение | Размер помещения, м | Объем помещения | Кратность воздухообмена | Воздухообмен, м3/ч | Размеры сечения каналов, мм | Число каналов | ||||||||
| Длина | Ширина | Высота | Приток | Вытяжка | Приток, | Номер установки | Вытяжка, м3/ч | Номер установки | Приток | Вытяжка | приточных | вытяжных | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
2.
В одну систему объединяют только одноименные или близкие по назначению помещения. Системы вентиляции квартир, общежитий и гостиниц не совмещают с системами вентиляции детских садов и яслей, торговых и других учреждений, находящихся в том же здании. Санитарные узлы во всех случаях обслуживаются самостоятельными системами и при пяти унитазах и более оборудуются механическими побудителями.
В детских садах и яслях рекомендуется устраивать вытяжные системы естественной вентиляции, самостоятельные для каждой группы детей, объединяя помещения с учетом их назначения. В курительных комнатах, как правило, осуществляется механическая вентиляция. Вытяжку из комнат жилого дома с окнами, выходящими на одну сторону, рекомендуется объединять в одну систему.
3.
На планах этажей и чердака графически изображают элементы системы вентиляции (каналы и воздуховоды, вытяжные отверстия и жалюзийные решетки, вытяжные шахты). Против вытяжных отверстий помещений указывается количество воздуха, удаляемого по каналу. Транзитные каналы, обслуживающие помещения нижних этажей, рекомендуется обозначать римскими цифрами (I, II, III и т.д.). Все системы вентиляции должны быть пронумерованы.
4.
Вычерчивают аксонометрические схемы системы вытяжной вентиляции в линиях (рис. 1.6) или, что лучше, с изображением внешних очертаний всех элементов системы. На схемах у выносной черты ставится номер участка (можно в кружочке), над чертой указывается нагрузка участка (расход воздуха) в метрах кубических а час (м3/ч), а под чертой – длина участка в метрах.
5.
Аэродинамический расчет воздуховодов (каналов) выполняют по таблице или номограммам (рис. 1.7), составленным для стальных воздуховодов круглого сечения при rв = 1,205 кг/м3, tв = 20 °С. В них взаимосвязаны величины L, R, v, hv и d.
| Таблица 1.8 Эквивалентные по трению диаметры для кирпичных каналов | ||
| Размер, в кирпичах | Площадь, м2 | dЭ, мм |
| 1/2 х 1/2 | 0,020 | 140 |
| 1/2 х 1 | 0,038 | 180 |
| 1 х 1 | 0,073 | 225 |
| 1 х l ½ | 0,110 | 320 |
| 1 х 2 | 0,140 | 375 |
| 2 х 2 | 0,280 | 545 |
| Примечание. Для каналов квадратного сечения эквивалентный по трению диаметр (dэ) равен стороне квадратного канала (а). | ||
При расчете воздуховодов прямоугольного сечения, необходимо предварительно определить соответствующее значение равновеликого (эквивалентного) диаметра, т, е. такого диаметра круглого воздуховода, при котором для той же скорости движения воздуха, как и в прямоугольном воздуховоде, удельные потери давления на трение были бы равны (табл. 1.8).
Диаметр эквивалентного воздуховода определяется по формуле:
dэ = 2 ab / (a + b),
где а, b – размеры сторон прямоугольного воздуховода, м.
Если воздуховоды имеют шероховатую поверхность, то коэффициент трения для них, а, следовательно, и удельная потеря давления на трение будут соответственно больше, чем указано в номограмме для стальных воздуховодов. В расчете учитывается коэффициент шереховатости (β) по табл. 1.9.
Методика расчета воздуховодов (каналов)
систем естественной вентиляции может быть представлена в следующем виде:
1) при заданных объемах воздуха, подлежащего перемещению по каждому участку каналов, принимают скорость его движения;
2) по объему воздуха и принятой скорости определяют предварительно площадь сечения каналов. Потери давления на трение и местные сопротивления для таких сечений каналов выявляют по таблицам или номограммам;
3) сравнивают полученные суммарные сопротивления с располагаемым давлением. Если эти величины совпадают, то предварительно полученные площади сечения каналов могут быть приняты как окончательные. Если же потери давления оказались меньше или больше располагаемого давления, то площадь сечения каналов следует увеличить или, наоборот, уменьшить, т.е. поступать так же, как при расчете трубопровода системы отопления.
При предварительном определении площадей сечения каналов систем естественной вентиляции, могут быть заданы следующие скорости движения воздуха:
ü в вертикальных каналах верхнего этажа V = 0,5…0,6 м/с;
ü из каждого нижерасположенного этажа на 0,1 м/с больше, чем из предыдущего, но не выше 1 м/с;
ü в сборных воздуховодах V > 1 м/с;
ü в вытяжной шахте V = 1…1,5 м/с.
Таблица 1.9
Коэффициенты шероховатости каналов (воздуховодов) из различных материалов
| Скорость движения воздуха, м/с | Материал воздуховода | |||
| Шлакогипс | Шлакобетон | Кирпич | Штукатурка по сетке | |
| 0,4 | 1,08 | 1,11 | 1,25 | 1,48 |
| 0,8 | 1,13 | 1,19 | 1,4 | 1,69 |
| 1,2 | 1,18 | 1,25 | 1,25 | 1,84 |
| 1,6 | 1,22 | 1,31′ | 1,58 | 1,95 |
| 2 | 1,25 | 1,35 | 1,65 | 2,04 |
| 2,4 | 1,28 | 1,38 | 1,70 | 2,11 |
| 3 | 1,32 | 1,43 | 1,77 | 2,2 |
| 4 | 1,37 | 1,49 | 1,86 | 2,32 |
| 5 | 1,41 | 1,54 | 1,93 | 2,41 |
| 6 | 1,44 | 1,58 | 1,98 | 2,48 |
| 7 | 1,47 | 1,61 | 2,03 | 2,54 |
| 8 | 1,49 | 1,64 | 2,06 | 2,58 |
Если рассчитывается вентиляционный блок с выходом каналов на крышу, то расчет начинается с нижнего этажа, с расчетной скоростью 1 м/с, а на последующих этажах снижение скорости осуществляется при недостаточности располагаемого естественного давления.
Если при расчете воздуховодов задана площадь сечения каналов и известен часовой расход воздуха, то скорость(V) определяется по формуле:
V = L / 3 600 f, (1.6)
где L – расход вентиляционного воздуха по расчетному участку, м3/ч.; f – площадь сечения канала или воздуховода, м2.
Потери давления на местные сопротивления равны:
Z = S x hV,
где Sx – сумма коэффициентов местных сопротивлений; hV – динамическое давление, Па.
Динамическое давление (hV) определяется по дополнительной шкале номограммы для расчета воздуховодов (приведена с правой стороны номограммы).
Местные сопротивления в системе вентиляции во многих случаях существенно зависят от соотношений размеров фасонных частей и других вентиляционных элементов, а в тройниках-крестовинах – от соотношений соединяемых или делимых потоков. Численно приближенные значения коэффициентов местного сопротивления приведены в /44/.
6. Сжатие
Сжатие воздуховода оказывает большое влияние на коэффициент трения. Установлено, что есливоздуховод сжат всего на 5%, это уже вызывает примерно удвоение коэффициента трения.
Очевидно, что шероховатость внутренней стенки воздуховода сильно возрастает, даже если сжатие является очень маленьким. На рис. 4 показано также, что при сжатии коэффициент трения возрастает почти линейно, пока сжатие не превышает 20%. На каждый процент сжатия коэффициент тренияувеличивается примерно на 0,01. Если воздуховод сжат всего на 3%, коэффициент трения увеличитсяпримерно на 0,03. Увеличение является одинаковым для пяти типов воздуховодов, прошедшихиспытания, несмотря на различия между ними.
7. Коэффициент трения
Из вышесказанного следует, что влиянием диаметра воздуховода, скорости воздуха и направления потока на коэффициент трения можно пренебрегать. Установлено также, что степень сжатия оказывает большее влияние, чем тип воздуховода. Для определения степени сжатия по формуле 4 необходима информация о максимальной длине соответствующего воздуховода. Однако максимальная длина зависит от величины усилия, прикладываемого для определения этой длины. Кроме того, определенное усилие в воздуховоде малого диаметра вызывает большие напряжения растяжения, чем в воздуховоде большего диаметра с той же толщиной стенки. В проведенном исследовании коэффициенты трения для различных типов воздуховодов применяли только для воздуховодов, растянутых до той же длины,что и воздуховод, подвергавшийся испытаниям.
Смотрите также
- Вентиляция на балконе своими руками
- Клапан вентиляции картерных газов акцент тагаз
- Очистка системы вентиляции
- Пластиковые трубы для вентиляции размеры
- Вентиляция в предбаннике
- Как правильно сделать в курятнике вентиляцию
- Вентиляция в бане из бруса
- Клапан приточной вентиляции кпв 125
- Проект вентиляции производственного помещения
- Алюминиевый профиль для вентиляции
- Вентиляция в парилке своими руками схема
5.8. Коэффициент сопротивления изгибов
Установлено, что скорость воздуха почти не оказывает влияния на величину коэффициента сопротивления. Увеличение радиуса кривизны 90°ного изгиба приводит к уменьшению коэффициента сопротивления. Однако 180°ный изгиб демонстрирует увеличение сопротивления.
Это противоречит всем ожиданиям. Вероятно, это обусловлено незначительной разницей в шероховатости поверхности у данных изгибов, так как степень сжатия у них будет разной. Причиной могут быть и различия в модели потока у этих изгибов. Тип воздуховода, повидимому, оказывает лишь незначительное влияние на коэффициент сопротивления данных изгибов. Этого следовало ожидать. Внутренняя сторона изгиба всегда сжата таким образом, что ее шероховатость гораздо больше шероховатости воздуховода (максимально растянутого).
КОЛЕБАНИЯ В ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЗДУХОВОДАХ
Возникновение вихревых зон, описанных ранее, может приводить к колебаниям поверхностей воздушных диффузоров. Турбулентность в системе может возникать:
· после преодоления воздухом дросселей или вентилятора;
· вследствие преодоления потоком отводов, поворотов и других фасонных деталей;
· при крайне низком статическом давлении, неспособном повлиять на компенсацию потерь;
· в случае несоответствия показателей динамического и статического давления в текстильном воздуховоде.
Чтобы получить ламинарный воздушный поток, его необходимо создать при помощи стабилизаторов. Важно помнить, что применение эквалайзеров уменьшает вибрацию рукава, однако создает потери давления, которые необходимо учитывать при проектировании системы.
