Эквивалентный диаметр
- Для расчета труб и каналов некруглого сечения используются так называемые эквивалентные диаметры. Также называется гидродинамическим диаметром в самой гидродинамике. Давление должно действовать вдоль поперечного сечения F, через которое протекает поток, и выбирать силу трения DrMp вдоль влажной границы. Соотношение обеих сил. Соответствует такому же соотношению круглых труб. И затем… Исследования Шиллера и Никурадзе показали, что при использовании гидравлического диаметра закон сопротивления турбулентному потоку, который получается в круглых трубах, остается неизменным Он также эффективен для труб других форм поперечного сечения. Важность Опир.
В таблице показано, что рассчитывается для некоторых распространенных форм поперечного сечения. 19. Гидравлический диаметр. Прямоугольник длина ребра A и B квадрата длины ребра вокруг трубы ОО Вертикальная труба толщина пленки 8 Ширина Открытого канала b, глубина t При применении D ожидается, что уравнение 160 остается действительным уравнением теплопередачи. Для круглых труб, только для других форм поперечного сечения Окружности влажного и теплопередачи равны нагретым.
Тем не менее следует дать описание одной попытки, поскольку она приближает к пути, избранному Планком для вывода его закона. Людмила Фирмаль
Например, для трубчатого теплообменника в трубе теплопередача равна Внутренняя поверхность кольцевого зазора, так же как и наружная поверхность утеплителя, ставит вопрос о том, какие определяющие размеры следует вводить в стандарт подобия. Он был использован, чтобы дать уравнение круглой трубы. Иордания предложила ввести так называемый тепловой диаметр о РМ 4Р 77BpM. Проницаемый участок границы. Некоторые Авторы согласились с этим предложением, но настаивали на том, что остальные будут сохранены в качестве характеристик. От участия в теплопередаче Все смачиваемые части Внутри. Обнаруживаемый внутренний диаметр Zls-колец около Do и D.
Уравнение теплопередачи в кольцевой трубе получено на основе тех же граничных условий поля скорости и температуры. Однако, если часть стены, омываемой потоком, изолирована Затем введите u 0 и d8 dy 0 одновременно. Поэтому важны оба поля. Поскольку они сильно отличаются друг от друга, не следует ожидать, что уравнения, оцененные для условий r 0 и 8-8 0, останутся строго верными, даже если они будут введены в критерий. Это похоже на Ogmr. Или Оторм..
- В этом смысле кольцевые секции с разными соотношениями диаметров Дайдта уже не похожи друг на друга. Если вы хотите сохранить ранее полученные уравнения, вы можете Затем, очевидно, нам нужно ввести новые стандарты, такие как F DjDi. Возможно, число Прандтля также должно быть включено в функцию. Результаты экспериментов не дают однозначного ответа на этот вопрос. Фауст и Кристиан 1 получили теплообмен на внутренней поверхности кольцевой трубы, которую промыли водой Следующие отношения Замените gvdr этим уравнением. Д вечера. Численный коэффициент увеличивается до 0,04.
О O4 1.65 2.45 и 17 и числах Re 12.000-220.000 вода и воздух Monrad и Pelton2 дают уравнения МакАдамс и его коллеги обнаружили водяной пар в DO D4 1.52 против 0.76 Rg 1.21 и 7000 Re 40 000. Где L-расстояние от начальной точки трубы до исследуемого участка. Киршбаум представил результаты измерения кольцевого зазора при охлаждении воздухом в виде уравнения при начальной температуре 100-300 С. Это связано с тем, что сильное воздействие входного сигнала допустимо до нижнего предела Re 2300.Применение Огвлр. потому что значение a увеличивается на 30 Численный коэффициент должен быть приблизительно 0,025.При нагревании воздуха используйте Pr0. 3 вместо пр0-31.См. уравнение 155.
Но все они были неудачны в том смысле, что подсчеты приводили к выводам, не соответствующим экспериментальным данным. Людмила Фирмаль
Для кольцевого зазора, согласно формуле 161, 0 M, p Og, dr 1—Da Dj, а следовательно, D pM, Dr f. всегда больше 2.Если Период полураспада равен-O-0 3, то в уравнении вида 163 При обработке измерений, вместо Диэф, уменьшают числовой коэффициент во всех случаях. Он заменен на OnIfl.
Расчёт воздуховодов систем вентиляции
Расчёт воздуховодов вентиляции является одним из этапов расчета вентиляции и заключается в определении размеров воздуховода в зависимости от расхода воздуха, который должен проходить через рассматриваемый воздуховод. Кроме того, возникают задачи по определению площади поверхности воздуховода. Рассмотрим их более подробно.
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.
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.
Выстраивая магистраль, следует обратить внимание на то какая система проектируется: приточная или вытяжная
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.
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.
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.
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.
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.
Алгоритм расчета сечения воздуховодов
Расчет сечения воздуховодов подразумевает определение размеров воздуховодов в зависимости от расхода пропускаемого воздуха. Он выполняется в 4 этапа:
- Пересчет расхода воздуха в м 3 /с
- Выбор скорости воздуха в воздуховоде
- Определение площади сечения воздуховода
- Определение диаметра круглого или ширины и высоты прямоугольного воздуховода.
На первом этапе расчёта воздуховода расход воздуха G, выраженный, как правило, в м 3 /час, переводится в м 3 /с. Для этого его необходимо разделить на 3600:
- G [м 3 /c] = G [м 3 /час] / 3600
На втором этапе следует задать скорость движения воздуха в воздуховоде. Скорость следует именно задать, а не рассчитать. То есть выбрать ту скорость движения воздуха, которая представляется оптимальной.
Высокая скорость воздуха в воздуховоде позволяет использовать воздуховоды малого сечения. Однако при этом поток воздуха будет шуметь, а аэродинамическое сопротивление воздуховода сильно возрастёт.
Основные формулы аэродинамического расчета
Первым делом необходимо сделать аэродинамический расчет магистрали. Напомним что магистральным воздуховодом считается наиболее длинный и нагруженный участок системы. За результатами этих вычислений и подбирается вентилятор.
Только не забывайте об увязке остальных ветвей системы
Это важно! Если нет возможности произвести увязку на ответвлениях воздуховодов в пределах 10% нужно применять диафрагмы. Коэффициент сопротивления диафрагмы рассчитывается за формулой:
Если неувязка будет больше 10%, когда горизонтальный воздуховод входит в вертикальный кирпичный канал в месте стыковки необходимо разместить прямоугольные диафрагмы.
Основная задача расчета состоит из нахождения потерь давления. Подбирая при этом оптимальный размер воздуховодов и контролирую скорость воздуха. Общие потери давления представляют собой сумму двух компонентов — потерь давления по длине воздуховодов (на трение) и потерь в местных сопротивлениях. Расчитываются они по формулам
Эти формулы правильны для стальных воздуховодов, для всех остальных вводится коэффициент поправки. Он берется из таблицы в зависимости от скорости и шероховатости воздуховодов.
Для прямоугольных воздухопроводов расчетной величиной принимается эквивалентный диаметр.
Рассмотрим последовательность аэродинамического расчета воздуховодов на примере офисов , приведенных в предыдущей статье, по формулам. А затем покажем как он выглядит в программке Excel.
Пример расчета
По расчетам в кабинете воздухообмен составляет 800 м3/час. Задание было запроектировать воздуховоды в кабинетах не больше 200 мм высотой. Размеры помещения даны заказчиком. Воздух подается при температуре 20°С, плотность воздуха 1,2 кг/м3.
Проще будет если результаты заносить в таблицу такого вида
Сначала мы сделаем аэродинамический расчет главной магистрали системы. Теперь все по-порядку:
Разбиваем магистраль на участки по приточным решеткам. У нас в помещении восемь решеток, на каждую приходится по 100 м3/час. Получилось 11 участков. Вводим расход воздуха на каждом участке в таблицу.
- Записываем длину каждого участка.
- Рекомендуемая максимальная скорость внутри воздуховода для офисных помещений до 5 м/с. Поэтому подбираем такой размер воздуховода, чтобы скорость увеличивалась по мере приближения к вентиляционному оборудованию и не превышала максимальную. Это делается для избежания шума в вентиляции . Возьмем для первого участка берем воздуховод 150х150, а для последнего 800х250.
V1=L/3600F =100/(3600*0,023)=1,23 м/с.
V11= 3400/3600*0,2= 4,72 м/с
Нас результат устраивает. Определяем размеры воздуховодов и скорость по этой формуле на каждом участке и вносим в таблицу.
Начинаем расчеты потерь давления. Определяем эквивалентный диаметр для каждого участка, например первого dэ=2*150*150/(150+150)=150. Затем заполняем все данные необходимые для расчета из справочной литературы или вычисляем: Re=1,23*0,150/(15,11*10^-6)=12210. λ=0,11(68/12210+0,1/0,15)^0,25=0,0996 Шероховатость разных материалов разная.
- Динамическое давление Pд=1,2*1,23*1,23/2=0,9 Па тоже записывается в столбец.
- Из таблицы 2.22 определяем удельные потери давления или рассчитываем R=Pд*λ/d= 0,9*0,0996/0,15=0,6 Па/м и заносим в столбик. Затем на каждом участке определяем потери давления на трение: ΔРтр=R*l*n=0,6*2*1=1,2 Па.
- Коэффициенты местных сопротивлений берем из справочной литературы. На первом участке у нас решетка и увеличение воздуховода в сумме их КМС составляет 1,5.
- Потери давления в местных сопротивлениях ΔРм=1,5*0,9=1.35 Па
- Находим суму потерь давления на каждом участке = 1.35+1.2=2,6 Па. А в итоге и потери давления во всей магистрали = 185,6 Па. таблица к тому времени будет иметь вид
После этого аэродинамический расчет можно считать завершенным. Для круглых воздуховодов принцип расчета такой же, только эквивалентный диаметр приравнивается к диаметру воздуховода.
Пример расчёта воздуховода
В качестве примера рассчитаем сечение воздуховода с расходом воздуха 1000 м 3 /час:
- G = 1000/3600 = 0,28 м 3 /c
- v = 4 м/с
- S = 0,28 / 4 = 0,07 м 2
- В случае круглого воздуховода его диаметр составил бы D = корень (4·S/ π) ≈ 0,3 м = 300мм. Ближайший стандартный диаметр воздуховода — 315 мм.
В случае прямоугольного воздуховода необходимо подобрать такие А и В, чтобы их произведение было равно примерно 0,07. При этом рекомендуется, чтобы А и В не отличались друг от друга более чем в три раза, то есть воздуховод 700×100 — не лучший вариант. Более хорошие варианты: 300×250, 350×200.
Расчет эквивалентного диаметра воздуховодов
Эквивалентный диаметр прямоугольного воздуховода вычисляется по формуле:
- Dэкв_пр = 2·А·В / (А+В), где А и В — ширина и высота прямоугольного воздуховода.
Например, эквивалентный диаметр воздуховода 500×300 равен 2·500·300 / (500+300) = 375 мм. Это означает, что круглый воздуховод диаметром 375 мм будет иметь такое же аэродинамическое сопротивление, что и прямоугольный воздуховод 500×300 мм.
Эквивалентный диаметр квадратного воздуховода равен стороне квадрата:
И этот факт весьма интересен, ведь обычно чем больше площадь сечения воздуховода, тем ниже его сопротивление. Однако круглая форма сечения воздуховода имеет наилучшие аэродинамические показатели. Именно поэтому сопротивление квадратного и круглого воздуховодов равны, хотя площадь сечния квадратного воздуховода на 27% больше площади сечения круглого воздуховода.
В общем случае формула для эквивалентного диаметра воздуховода выглядит следующим образом:
- Dэкв = 4·S / П, где S и П — соответственно, площадь и периметр воздуховода.
Общие сведения
Аэродинамический расчёт – методика определения размеров поперечного сечения воздуховодов для нивелирования потерь давления, сохранения скорости движения и проектного объёма перекачиваемого воздуха.
При естественном способе вентилирования требуемое давление дано изначально, но надо определить сечение. Это связанно с действием гравитационных сил, побуждающих воздушные массы к вытяжке в помещение из вентиляционных шахт. При механическом способе работает вентилятор, и необходимо рассчитать напор газа, а также площадь сечения короба. Используются максимальные скорости внутри вентканала.
Для упрощения методики воздушные массы принимаются за жидкость с нулевым процентом сжатия. На практике это действительно так, так как в большей части систем давление минимально. Оно образуется только от местного сопротивления, при его соударении со стенками воздуховодов, а также на местах изменения площади. Подтверждение тому нашли многочисленные опыты, проводимые по методике, описанной в ГОСТ 12.3.018-79 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний».
Методика предполагает подбор площади и формы сечения для каждого участка вентиляционной системы. Если брать её за одно целое, то определение потерь будет условное, не соответствующее реальной картине. Кроме самого движения дополнительно вычисляется и нагнетание.
Расчёты воздуховодов для вентиляции, по аэродинамике, ведутся с различным числом известных данных. В одном случае вычисление начинается с нуля, а в другом — больше половины исходных параметров уже известно.
Пример расчета эквивалентного диаметра воздуховодов и некоторые выводы
В качестве примера определим эквивалентный диаметр воздуховода 600×300:
Dэкв_600_300 = 2·600·300 / (600+300) = 400 мм.
Интересно отметить, что площадь сечения круглого воздуховодам диаметром 400 мм составляет 0,126 м 2 , а площадь сечения воздуховода 600×300 составляет 0,18 м 2 , что на 42% больше. Расход стали на 1 метр круглого воздуховода сечением 400 мм составляет 1,25 м 2 , а на 1 метр воздуховода сечением 600×300 — 1,8 м 2 , что на 44% больше.
Таким образом, любой аналогичный круглому прямоугольный воздуховод значительно проигрывает ему как в компактности, так и в металлоемкости.
Рассмотрим ещё один пример — определим эквивалентный диаметр воздуховода 500×100 мм:
Dэкв_500_100 = 2·500·100 / (500+100) = 167 мм.
Здесь разница в площади сечения и в металлоемкости достигает 2,5 раз. Таким образом, формула эквивалентного диаметра для прямоугольного воздуховода объясняет тот факт, что чем больше «расплющен» воздуховод (чем больше разница между значениями А и В), тем менее эффективен этот воздуховод с аэродинамической точки зрения.
Это одна из причин, по которой в вентиляционной технике не рекомендуется применять воздуховоды, в сечении которых одна сторона превышает другую более чем в три раза.
Гибкие алюминиевые воздуховоды
Основная сфера применения гибких воздуховодов — соединительный участок между оцинкованным воздуховодом и адаптером решетки, своеобразная гибкая подводка. Дело в том, что воздуховод и входное отверстие адаптера решетки сложно подогнать строго друг под друга. И здесь приходят на помощь гибкие воздуховоды (см. рисунок 4). Они выполняются из тонкой алюминиевой фольги и позволяют решить проблему несоосности этих элементов.
Ещё одна сфера применения гибких воздуховодов — для соединения кухонной вытяжки с вентиляционной шахтой в квартирах и частных домах. Их применение позволяет избежать сложной подгонки жестких воздуховодов, сэкономить на отводах и существенно сократить время монтажа кухонной вентиляции.
Рисунок 4. Внешний вид гибких воздуховодов из алюминиевой фольги без теплоизоляцией (сверху) и с теплоизоляцией (снизу).
Обычно длина соединительных гибких воздуховодов не превышает одного-двух метров. Исключением являются системы кондиционирования с внутренним блоком канального типа. Здесь вся разводка может быть выполнена гибкими воздуховодами. Впрочем, в любом случае при длинных трассах рекомендуется применять оцинкованные воздуховоды — их аэродинамическое сопротивление в 10 и более раз меньше, чем у гибких.
Гибкие воздуховоды из алюминиевой фольги выпускаются в теплоизоляции и без неё. Для приточных систем с секцией охлаждения, а также на подающих воздуховодах канального кондиционера следует применять утеплённые гибкие воздуховоды. Толщина изоляции у утеплённых гибких воздуховодов обычно составляет 25 миллиметров. Поэтому при их применении следует помнить о фактическом увеличении диаметра воздуховода на 50 миллиметров.
Формула расчёта площади воздуховодов
Площадь воздуховодов определяется путём перемножения периметра сечения воздуховода на длину воздуховода:
- S = П·L, где П и L — соответственно, периметр и длина воздуховода в метрах.
Важно помнить о размерности величин в формуле, приведённой выше. Обычно сечение воздуховода задаётся в миллиметрах (например, диаметр 250 или сечение 500×250), а длина — в метрах (например, 5 метров). Но в формулу необходимо подставлять все величины, выраженные в метрах. Причем, предварительно следует вычислить длину периметра сечения воздуховода.
Для упрощения задачи по расчету площади воздуховодов применяют готовые формулы для круглых и прямоугольных воздуховодов.
