管路中流量與阻力關係,當不考慮流體密度變化時,可由范寧(Fanning )公式求得:
△pf =(λL/d+∑ζ)u2/ρ (1)
因為u = Q/π/4d2
所以△pf =(λL/d+∑ζ)ρ/2(4/πd2)2Q2
上式可寫成△pf =kQ 2 (2)
式(2)中k稱管路(段)阻力係數。
在工程上常見的流體流速範圍內,磨擦係數λ值變化很小,λ近似等於常數。當管路及輸送的流體一定時,L,d, ∑ζ, ρ均為定值,故k等於常數,且可算出。因此,式(2)為二次拋物線方程。
因為風管兩端均通大氣,當位差不大忽略時,風管的阻力即為風管的壓降,也等於風機的風壓,所以式(2)為
△p=kQ 2 (3)
式(3)為風管性能曲線或阻力曲線方程。
1、串聯風管
圖1為兩管段串聯風管,每段風管阻力係數分別為k1,k2。串聯管路中流量Q為常數。
因為△p1=k1Q12;△p2=k2Q22,所以
△p=△p1+△p2=( k1+ k2) Q2= k Q2 (4)
串聯管路性能曲線可由式(4)繪出:也可在Q -△p圖上將k1,k2風管性能曲線的
縱坐標在同一Q下相加作圖獲得。圖2繪出了風機、每段風管及串聯風管性能曲線。
由圖2可看出,若k1,k2段風管單獨與風機相連組成管路體系,則其流量和壓降分別為Qs1, △ps1和Qs2,,△ps2。
串聯后各段風管流量和壓降:k1段風管為Q,△p1;k2段風管為Q, △p2。
由圖2可知,△p1<△ps1,Q< Qs1;△p2 <△ps1,Q< Qs1。故串聯風管中各風管的流量和壓降小於該風管單獨與風機相連時的流量和壓降。這是因為串聯后k= k1+ k2。管路的性能曲線變陡。當串聯的管段無窮多時。k= k1+ k2+……k∞=∞ , 此時串聯后的管路性能曲線與縱坐標重合,風機性能曲線與縱坐標的交點即為工況點,管路中流量為0。當風機出口管路閥門緊閉時,相當於這種情況。
2、並聯風管
為兩管段並聯風管,各並聯支管段阻力係數分別為k1,k2。因為並聯后的管路支管壓降相等,總管流量為各支管流量這和,故有
△p=△p1=△p2
△p1= k1 Q12
△p2= k2 Q22
△p= k Q2 Q = Q1+ Q2
由上可得1/√k=1/√k1+1/√k2
因此,並聯管路阻力係數k小於支管的k1及k2的任何一個,故並聯管路性能曲線趨於平坦。並聯風管性能曲線可按性能曲線方程繪製,也可按同一壓降下將k1,k2的性能曲線橫坐標相加作圖獲得(圖4)。由圖4看出,各支管單獨與風機相連組成管路體系時,流量和壓降分別為Qs1,△ps1和Qs2,△ps2。並聯后各支管的流量和壓降分別為Q1,△p和Q2,△p。
Q1
Q2< Qs2 △p<△ps2
故並聯后各支管的流量和壓降小於各支管單獨與風機相連時的流量和壓降。
當並聯的支管數無窮多時,並聯后的阻力係數趨於0:
1/√k=1/√k1+1/√k2+…+1/√k∞
k→0
此時管路的性能曲線與橫坐標重合,風機性能
曲線與橫坐標交點即為工況點,管路壓降為0,流量最大。當風機沒有裝管路運行時,可看出這種情況。
3、複合風管
複合風管為並、串聯組合的風管。圖5為一種型式複合風管,對於該風管,可先繪出兩支管並聯的性能曲線。