圆形风管、矩形风管沿程阻力及局部阻力计算

风管内空气流动的阻力有两种，一种是由于空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而产生的沿程能量损失，称为摩擦阻力或沿程阻力；另一种是空气流经风管中的管件及设备时，由于流速的大小和方向变化以及产生涡流造成比较集中的能量损失，称为局部阻力。 

一、 摩擦阻力 

根据流体力学原理，空气在横断面形状不变的管道内流动时的摩擦阻力按下式计算： 

ΔPm=λν2ρl/8Rs 

对于圆形风管，摩擦阻力计算公式可改写为： 

ΔPm=λν2ρl/2D 

圆形风管单位长度的摩擦阻力（比摩阻）为： 

Rs=λν2ρ/2D 

以上各式中 

λ――――摩擦阻力系数 
ν――――风管内空气的平均流速，m/s; 
ρ――――空气的密度，Kg/m3; 
l ――――风管长度，m 
Rs――――风管的水力半径，m; 
Rs=f/P f――――管道中充满流体部分的横断面积，m2； 
P――――湿周，在通风、空调系统中既为风管的周长，m； 
D――――圆形风管直径，m。 

矩形风管的摩擦阻力计算 

我们日常用的风阻线图是根据圆形风管得出的，为利用该图进行矩形风管计算，需先把矩形风管断面尺寸折算成相当的圆形风管直径，即折算成当量直径。再由此求得矩形风管的单位长度摩擦阻力。当量直径有流速当量直径和流量当量直径两种； 

流速当量直径：Dv=2ab/(a+b) 
流量当量直径：DL=1.3（ab）0.625/(a+b)0.25

在利用风阻线图计算是，应注意其对应关系：采用流速当量直径时，必须用矩形 中的空气流速去查出阻力；采用流量当量直径时，必须用矩形风管中的空气流量去查出阻力。 

二、局部阻力

当空气流动断面变化的管件（如各种变径管、风管进出口、阀门）、流向变化的管件（弯头）流量变化的管件（如三通、四通、风管的侧面送、排风口）都会产生局部阻力。 

局部阻力按下式计算： 

Z=ξν2ρ/2 

ξ――――局部阻力系数。局部阻力在通风、空调系统中占有较大的比例，在设计时应加以注意，为了减小局部阻力，通常采用以下措施： 

1. 弯头 布置管道时，应尽量取直线，减少弯头。圆形风管弯头的曲率半径一般应大于（1~2）倍管径；矩形风管弯头断面的长宽比愈大，阻力愈小；矩形直角弯头，应在其中设导流片。 

2. 三通 三通内流速不同的两股气流汇合时的碰撞，以及气流速度改变时形成的涡流是造成局部 阻力的原因。为了减小三通的局部阻力，应注意支管和干管的连接，减小其夹角；还应尽量使支管和干管内的流速保持相等。

在管道设计时应注意以下几点： 

1. 渐扩管和渐缩管中心角最好是在8~15o。 
2. 三通的直管阻力与支管阻力要分别计算。 
3. 尽量降低出风口的流速。 

常见弯头的局部阻力：  

分流三通：9~24 Pa
矩形送出三通：6~16Pa
渐缩管：6~12Pa
乙字弯：50~198Pa

例：有一表面光滑的砖砌风管（粗糙度K=3mm），断面尺寸为500*400mm，流量L=1m3/s（3600m3/h），求单位长度摩擦阻力。 

解：矩形风管内空气流速：v=1/（0.5*0.4）=5m/s

矩形风管的流速当量直径：Dv=2ab/（a+b）=2*500*400/（500+400）=444mm

根据v=5m/s、Dv=444mm由附录6（通风管单位长度摩擦阻力线算图）查得Rmo=0.62Pa/m 

粗糙度修正系数 Kr=（Kv）^0.25=（3*5）^0.25=1.96 

则该风管单位长度摩擦阻力 Rm=1.96*0.62=1.22Pa/m 

问：静水压和动水压的定义具体是什么？它们是如何量化计算的（特别是动水压）？ 

答：静水压是指管道内水处于静止状态时的压力，而动压力是指某处水流在外泄时该处的压力。动压力=静压力-该处的总水头损失。 

问：技术措施里说对于比例式减压阀，其阀后的动水压宜按静水压的80%~90%计，那动水压岂不是很大？ 

答：在伯努力方程里边，某一位置，相对于某一基准的z称为位置压头， u2/2g是动压头，ｐ／２ｇ是静压头。全压＝动压＋静压。计算按公式算，动水压增大是因为静水压的转化，正常。水头损失是通过这个位置的压力损失／能量损失，也可以计算，他表示的是通过前后位置（断面）的损失，应该等于两个位置（断面）的位置压头＋动压头＋静压头之差值。当然，位置压头，动压头，静压头一可以实测。总压=动压头＋静压头+位置压头。