Аэродинамический расчет системы вентиляции

7.1 Общие положения

Аэродинамический расчет вентиляционной системы производят для подбора размеров поперечных сечений воздуховодов по рекомендуемым скоростям движения воздуха и определения потерь давления в системе.

Потери давления в системах вентиляции складываются из потерь давления на трение и потерь давления в местных сопротивлениях, Па

(7.1)

Потери давления на трение, Па,

(7.2)

где R – удельные потери давления на трение в гидравлически гладком канале, Па/м;

l – длина участка воздуховода, м;

n – поправочный коэффициент, который зависит от абсолютной эквивалентной шероховатости воздуховодов.

Удельные потери давления на трение

(7.3)

где г – коэффициент гидравлического сопротивления трению для гидравлически

гладкого канала;

dэ – эквивалентный (гидравлический) диаметр воздуховода, м;

Рд – динамическое давление, Па.

Коэффициент гидравлического сопротивления трению для

гидравлически гладкого канала, при турбулентном режиме течения, рассчитывается по закону Блазиуса:

(7.4)

где Re – критерий Рейнольдса.

Критерий Рейнольдса:

(7.5)

где – скорость движения воздуха в воздуховоде, м/с;

– кинематическая вязкость воздуха, м2/с;

Динамическое давление, Па,

(7.6)

Потери давления в местных сопротивлениях, Па,

(7.7)

где – сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке воздуховода, коэффициенты местных сопротивлений на границе двух участков относят к участку с меньшим расходом и определяют по таблицам местных сопротивлений по прил. 14;

ρ – плотность воздуха, кг/м3.

При расчетах можно пользоваться справочными таблицами [33] или номограммами (прил. 11, 12), которые построены на основании формул (2.3) – (2.6) при различных скоростях для различных диаметров круглых металлических воздуховодов (при ρ = 1,2 кг/м3,

= 15,06 · 10-6 м2/с), принимаемыми гидравлически гладкими.

Если пользоваться указанными таблицами и номограммами для воздуховодов из других материалов, необходимо вводить поправочный коэффициент п, который зависит от материалавоздуховода и скорости движения воздуха и определяется по прил. 13 или по формуле

(7.8)

где – коэффициент сопротивления трению с учетом шероховатости канала (воздуховода), рассчитывается по формуле Альтшуля:

(7.9)

где kэ – абсолютная эквивалентная шероховатость поверхности

воздуховода.

Для воздуховодов прямоугольного сечения за расчетную величину d принимают эквивалентный диаметр dэ, мм, при котором потери давления в круглом воздуховоде при той же скорости будут равны потерям давления в прямоугольном воздуховоде

dэ = 2ab/(a + b), (7.10)

где а, b – стороны прямоугольного воздуховода или канала, мм.

Аэродинамический расчет вентиляционной системы состоит из двух этапов:

1) расчет участка основного направления магистрали (наиболее протяженной и нагруженной ветви воздуховодов);

2) увязка всех остальных участков системы.

При невозможности увязки потерь давления по ответвлениям воздуховодов в пределах 10–15 % следует устанавливать диафрагмы. Диафрагма (металлическая пластина с отверстием) – местное сопротивление, на котором гасится избыточное давление. Коэффициент местного сопротивления диафрагмы определяется по формуле

(7.11)

где Рд – динамическое давление на участке, на котором устанавливается диафрагма, Па; Ррасп – располагаемые потери давления на ответвлении, Па; Ротв – потери давления на увязываемом ответвлении, Па. По значению и по размерам воздуховода, на котором устанавливается диафрагма, подбирают размер диафрагмы (прил. 14).

Аэродинамический расчет систем вентиляции выполняют после расчета воздухообмена в помещениях и принятия решения по трассировке воздуховодов и каналов и конкретизацииместных сопротивлений вдоль них. Для проведения аэродинамического расчета на основе архитектурно-строительной и технологической частей проекта вычерчивают аксонометрическую схему системы вентиляции, по которой определяют протяженность отдельных ее ветвей и размещают элементы сети.

Расчет выполняют по методу удельных потерь давления в следующей последователности:

По известному расчетному расходу вентиляционного воздуха L определяют ориентировочное сечение канала (воздуховода), м2, по формуле:

(7.12)

где L – расчетный расход воздуха в воздуховоде, м3/ч;

–предварительная скорость движения воздуха, м/с:

а) в системах естественной вентиляции:

– для горизонтальных каналов – 0,5–1,0 м/с;

– для вертикальных каналов – 0,5–1,0 м/с;

– для вытяжных шахт – 1,0–1,5 м/с.

б) в системах механической вентиляции:

– для участка с жалюзийной решеткой – 2–5 м/с;

– для участка с вентилятором – 6–12 м/с;

– для магистральных воздуховодов производственных зданий – до 12 м/с;

– для ответвлений воздуховодов производственных зданий

– до 6 м/с.

Исходя из расчетной площади канала с учетом конструктивных соображений, принимаем стандартные размеры сечения каналов (воздуховодов) по прил. 6–9.

Уточняем фактическую скорость движения воздуха по

каналам, м/с, по формуле

, (7.13)

где Fст – стандартная площадь канала, м2 (прил. 6–9).

Определяем потери давления на преодоление сил трения по принятому сечению (диаметру) и заданному количеству воздуха.

Определяем гидравлические потери на местные сопротивления по участкам вентиляционной сети.

Определяем суммарные фактические гидравлические потери на всех участках, входящих в расчетную ветвь

Производим увязку потерь давления по ответвлениям

воздуховодов в пределах 10–15 % (10 % – для естественной системы вентиляции,

15 % – для принудительной).

7.2 Аэродинамический расчет участков приточной части системы

Примером такого воздуховода может служить воздуховод, изображенный на рис. 2.3. Для равномерной раздачи воздуха достаточно постоянства статического давления по всей длине воздуховода

Рисунок 8.1-Воздуховод для равномерной раздачи воздуха

Действительно, чтобы выполнилось равенство 8= 7= 6= 5= 4= 3= 2= 1, необходимо, чтобы = ... ,

т. к. . Следовательно, =const. Отсюда следует, что Рст1= Рст2=...= Рст8= const. Из уравнения Бернулли потери:

Pст.н+ = Pст.к + +

Отсюда при Pст.н = Pст.к следует:

где и – начальные и конечные продольные (расходные) скорости воздуха в воздуховоде.

С другой стороны, потери P = (Rl+Z) – общие потери давления на трение по длине и в местных сопротивлениях всех тройников на проход по магистрали.

Таким образом, разность динамических давлений в начале и в конце магистрали равна полным потерям давления на этой длине. Желательно выбирать скорость из щелей (скорость выхлопа из щелей) наибольшей, а скорость воздуха в воздуховоде – наименьшей. В этом случае магистраль можно принять за камеру постоянного давления.

Считаем, что при выхлопе воздуха из щели теряется полностью динамическое давление

и потери давления вследствие поджатия и выхлопа воздуха.

Сструи (статическое давление) составят:

где = 1,5 – коэффициент на местные сопротивления (на поджатие 0,5 и на выхлоп 1,0).

Для постоянства статического давления по длинемагистрали необходимо обеспечить равенство

Примем такие величины диаметров магистрали, чтобы

скорость после каждого тройника уменьшалась на одну и ту же

величину:

где n – число щелей в магистрали.

Потери давления в каждом тройнике, согласно теории профессора Д.Тома [6], можно определить по формуле

Поскольку имеем n щелей, то

7.3 Аэродинамический расчет участков вытяжной части системы

Исходные данные

Рассчитать равномерную раздачу воздуха из восьми щелей, сделанных в круглом воздуховоде (см. рис. 2.3).

Количество воздуха, которое необходимо подать в каждую щель – 2000 м3/ч.

Расстояние между щелями – 6 м.

Скорость выхлопа воздуха из каждой щели – 6 м/с.

Плотность воздуха – 1,2 кг/м3.

Порядок расчета

Динамическое давление в каждой щели определяем по формуле

Статическое давление в каждой щели определяем по формуле

Примем = 6 м/с; = 5 м/с, тогда располагаемое давление из формулы будет:

Определим площадь, м2, и диаметр, м, начального сечения воздуховодов:

, м²;

Так что

м;

Уменьшение скорости воздуха в каждом тройнике и потери в местных сопротивлениях по формулам (2.25), (2.26)

Па;

Определим площадь и диаметр конечного участка:

, м²;

м;

м²/с – коэффициент кинематической вязкости воздуха;

Число Рейнольдса:

Коэффициент гидравлического трения;

Удельные потери на трение

Па/м.

Определим средние удельные потери:

, Па/м.

Определим общие потери давления на трение по длине и в местных сопротивлениях всех тройников на проход по магистрали:

,Па;

,Па;

Сравним располагаемое давление с общими потерями по магистрали

меньше 10% следовательно, перерасчета делать не нужно.

Рассчитаем диаметры отдельных участков воздуховода:

d7= d8 – (d8– d1) / 7 = 1,33– (1,33 –0,42 ) / 7 = 1,2 м;

d6= d7 – (d7– d1) / 6 = 1,2 – (1,2 – 0,42) / 6 = 1,07 м;

d5= d6 – (d6– d1) / 5 = 1,07 – (1,07 – 0,42) / 5 = 0,94 м;

d4= d5– (d5– d1) / 4 = 0,94 – (0,94 – 0,42) / 4 = 0,81 м;

d3= d4– (d4– d1) / 3 = 0,81 – (0,81 – 0,42) / 3 = 0,68 м;

d2= d3– (d3– d1) / 2 = 0,68 – (0,68 – 0,42) / 2 = 0,55 м.

Выбирается вентилятор для перемещения воздуха.

Выбор вентилятора производится на расчетный расход с учетом подсосов и утечек:

, м³/ч, (7.14)

(7.15)

Давление, создаваемое вентилятором должно быть равно расчетному сопротивлению сети. Необходимо это сопротивление привести к нормативным условиям:

, Па. (7.16)

Мощность, потребляемая на валу электродвигателя:

, кВт; (7.17)

По каталогу продукции фирмы "Вектор Кондвент" выбираем 6 вентиляторов ВЦ4-75-12 (на каждый пролет производственного цеха).

Характеристики вентилятора ВЦ4-75-12 сведены в таблицу 7.1.

Таблица 7.1.- технические характеристики вентилятора ВЦ4-75-12.

Типо размер двигателя	Мощ ность, кВт	Частота вращения, об/мин	Производи тельность, м3/ч	Давление полное, Па	Масса без двига теля, кг	Виброизо ляторы
Тип	Кол.
5А225М8	30,0					ДО43