Расчет аэродинамических сопротивлений

После выбора диаметра или размеров сечения уточняется скорость воздуха: , м/с, где f_ф – фактическая площадь сечения, м². Для круглых воздуховодов , для квадратных , для прямоугольных м². Кроме того, для прямоугольных воздуховодов вычисляется эквивалентный диаметр , мм. У квадратных эквивалентный диаметр равен стороне квадрата.

Далее по величине v_ф и d (или d_экв) определяются удельные потери давления на трение R, Па/м. Это можно сделать по таблице 22.15 [1] или по следующей номограмме (промежуточные диаметры не подписаны):

Можно также воспользоваться приближенной формулой . Ее погрешность не превышает 3 – 5%, что достаточно для инженерных расчетов. Полные потери давления на трение для всего участка Rl, Па, получаются умножением удельных потерь R на длину участка l. Если применяются воздуховоды или каналы из других материалов, необходимо ввести поправку на шероховатость β_ш. Она зависит от абсолютной эквивалентной шероховатости материала воздуховода К_э и величины v_ф.

Абсолютная эквивалентная шероховатость материала воздуховодов [1]:

Значения поправки β_ш [1]:

Для стальных и винипластовых воздуховодов β_ш = 1. Более подробные значения β_ш можно найти в таблице 22.12 [1]. С учетом данной поправки уточненные потери давления на трение Rlβ_ш, Па, получаются умножением Rl на величину β_ш.

Затем определяется динамическое давление на участке , Па. Здесь ρ_в – плотность транспортируемого воздуха, кг/м³. Обычно принимают ρ_в = 1.2 кг/м³.

Далее на участке выявляются местные сопротивления, определяются их коэффициенты (КМС) ξ и вычисляется сумма КМС на данном участке (Σξ). Все местные сопротивления заносятся в ведомость по следующей форме:

В колонку «местные сопротивления» записываются названия сопротивлений (отвод, тройник, крестовина, колено, решетка, плафон, зонт и т.д.), имеющихся на данном участке. Кроме того, отмечается их количество и характеристики, по которым для этих элементов определяются значения КМС. Например, для круглого отвода это угол поворота и отношение радиуса поворота к диаметру воздуховода r/d, для прямоугольного отвода – угол поворота и размеры сторон воздуховода a и b. Для боковых отверстий в воздуховоде или канале (например, в месте установки воздухозаборной решетки) – отношение площади отверстия к сечению воздуховода f_отв/f_о. Для тройников и крестовин на проходе учитывается отношение площади сечения прохода и ствола f_п/f_с и расхода в ответвлении и в стволе L_о/L_с, для тройников и крестовин на ответвлении – отношение площади сечения ответвления и ствола f_п/f_с и опять-таки величина L_о/L_с. Следует иметь в виду, что каждый тройник или крестовина соединяют два соседних участка, но относятся они к тому из этих участков, у которого расход воздуха L меньше. Различие между тройниками и крестовинами на проходе и на ответвлении связано с тем, как проходит расчетное направление. Это показано на следующем рисунке.

Здесь расчетное направление изображено жирной линией, а направления потоков воздуха – тонкими стрелками. Кроме того, подписано, где именно в каждом варианте находится ствол, проход и ответвление тройника для правильного выбора отношений f_п/f_с, f_о/f_с и L_о/L_с. Отметим, что в приточных системах расчет ведется обычно против движения воздуха, а в вытяжных – вдоль этого движения. Участки, к которым относятся рассматриваемые тройники, обозначены галочками. То же самое относится и к крестовинам. Как правило, хотя и не всегда, тройники и крестовины на проходе появляются при расчете основного направления, а на ответвлении возникают при аэродинамической увязке второстепенных участков (см. ниже). При этом один и тот же тройник на основном направлении может учитываться как тройник на проход, а на второстепенном – как на ответвление с другим коэффициентом.

Примерные значения ξ [1] для часто встречающихся сопротивлений приведены ниже. Решетки и плафоны учитываются только на концевых участках. Коэффициенты для крестовин принимаются в таком же размере, как и для соответствующих тройников.

Значения ξ некоторых местных сопротивлений.

*) отрицательный КМС может возникать при малых L_о/L_с за счет эжекции (подсасывания) воздуха из ответвления основным потоком.

Более подробные данные для КМС указаны в таблицах 22.16 – 22.43 [1]. После определения величины Σξ вычисляются потери давления на местных сопротивлениях , Па, и суммарные потери давления на участке Rlβ_ш + Z, Па. Когда расчет всех участков основного направления закончен, значения Rlβ_ш + Z для них суммируются и определяется общее сопротивление вентиляционной сети ΔР_сети = Σ(Rlβ_ш + Z). Величина ΔР_сети служит одним из исходных данных для подбора вентилятора [4]. После подбора вентилятора в приточной системе делается акустический расчет вентиляционной сети (см. главу 12 [5]) и при необходимости подбирается глушитель [4].

Результаты расчетов заносятся в таблицу по следующей форме.

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ (КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА)

№ уч-ка

Расчетный расход L

Размеры воздуховода

Потери давления на трения

βш

Rlβш Па

Рд, Па

Sx

Z, Па

Rl+Z, Па

l, м

d или a×b, мм

fор, м2

fф, м2

Vф, м/с

dэкв мм

R, Па/м

Rl, Па

После расчета основного направления производится увязка одного – двух ответвлений. Если система обслуживает несколько этажей, для увязки можно выбрать поэтажные ответвления на промежуточных этажах. Если система обслуживает один этаж, увязываются ответвления от магистрали, не входящие в основное направление (см. пример в п.2.3). Расчет увязываемых участков производится в той же последовательности, что и для основного направления, и записывается в таблицу по той же форме. Увязка считается выполненной, если сумма потерь давления Σ(Rlβ_ш + Z) вдоль увязываемых участков отклоняется от суммы Σ(Rlβ_ш + Z) вдоль параллельно присоединенных участков основного направления на величину не более чем ±10%. Параллельно присоединенными считаются участки вдоль основного и увязываемого направлений от точки их разветвления до концевых воздухораспределителей. Если схема выглядит так, как показано на следующем рисунке (основное направление выделено жирной линией), то увязка направления 2 требует, чтобы величина Rlβ_ш + Z для участка 2 равнялась Rlβ_ш + Z для участка 1, полученной из расчета основного направления, с точностью ±10%.

Увязка достигается подбором диаметров или сечений на увязываемых участках, а если это невозможно, установкой на ответвлениях дроссель-клапанов или диафрагм.