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風道系統的阻力平衡自動計算

10-04 19:38:37  瀏覽次數:730次  欄目:暖通空調
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  摘要:風道系統的阻力平衡直接影響著系統風量的實際分配值及技術經濟指標。本文介紹的風道系統阻力平衡自動計算,不但可確保了設計的準確性,還可有效提高設計效率。

  關鍵詞:風道系統 環路阻力 平衡 自動計算

  一、引言

  在空調、通風系統中,由于同一系統的風管是相互連接的一個整體,因而必然遵循各支路阻力平衡規律,當風管系統的結構形式、管道尺寸一經確定,在一定的風機作用下,各段的風量是按阻力平衡規律自動分配的。在設計計算時未經阻力平衡計算,會導致系統實際風量分配與設計不符。當然我們也可以通過調節風閥來分配風量,但這樣一來就又使非最不利環路的風壓多余。所以在設計計算時考慮各環路的阻力平衡具有現實意義。

  然而,不少設計人員在進行風道水力計算及阻力平衡過程中僅僅憑經驗估算或查圖手算,這樣費時費力還達不到理想效果。筆者所設計的計算軟件以EXCEL為工作平臺,用VBA語言為開發工具,從而確保了程序的執行效率。

  二、阻力自動平衡計算的基本步驟

  風道系統阻力平衡自動計算的執行過程基本延用常規設計的計算步驟,主要如下:

 、賹⒏鞴濣c間的邏輯關系、管段的相關參數依次輸入并保存,然后根據技術要求初步選定各管段的假定風速;

 、诟鶕俣L速自動計算管段當量水力直徑及阻力損失;

 、塾霉濣c逆尋法自動查找系統各環路的路徑及阻力損失,并確定系統最不利環路;

 、軐Ψ遣焕h路進行自動阻力平衡。

 、輰τ嬎憬Y果進行校核。

  以上過程中只有工作量不大①、⑤需人工干預,而其他步驟全部由計算機自動完成。從而不但確保其計算速度及準確性,而且還可根據需要進行適當的手工調整。

  三、設計要點

  要實現風道系統的阻力平衡自動計算過程,主要體現在以下幾個核心要點上。

  3、1關鍵詞的定義

  為了便于理解本文,筆者先將文中出現的部分關鍵詞作如下釋義。

  節點的編號規則。為了能根據各節點間的邏輯關系,方便地查尋風道系統的各個環路,我們給各個節點一個數字編號,并對節點編號作如下假定:按風量遞減方向對節點從小到大編號,或都說對于送風系統則節點編號沿氣流方向遞增。

  3、2系統各環路的自動排序

  系統各環路的自動排序是實現阻力平衡自動計算的前提,也是本程序的關鍵步驟之一。其過程實際上就是按照各環路的阻力損失大小進行自動排序的過程。通過排序可以較好的解決如下兩個問題:①可以根據排序結果直接選取系統的最不利環路;②確實減少各環路阻力平衡時的重復計算。

  系統各環路的自動排序的具體執行步驟如下:

 、僮詣舆x取末端節點;

  系統參數輸入時,將除系統起始點外其他節點按編號從大到小列于風道系統阻力平衡計算相關參數表的“節點列”中,并將對應的緊前節點列于“緊前節點列”中,如圖2所示。在自動選取末端節點時,計算機逐一查找節點列中的節點在緊前節點列中的重復出現次數,若出現次數為0則為末端節點,為1則為普通節點,否則為分叉點。

 、谝来嗡阉髅恳粋末端節點對應的環路路徑并同步計算其阻力損失值。

  根據圖2中各節點的邏輯關系進行自動查尋。即先由末端節點找出其對應的緊前節點,然后再查尋該緊前節點所對應的緊前節點及管段阻力損失,重復此過程直至對應的緊前節點為系統起始節點則該環路查尋完畢,將環路所有管段的阻力損失累加即為環路阻力損失值。實際上該過程是一個循環與遞歸的過程,筆者稱此方法為逆尋法。

 、郯醋枇p失值從大到小對所有環路進行排列。

  此時排在最前面的那條環路即為該風管系統的最不利環路。

  3、3各環路的阻力平衡

  阻力平衡是整個風管設計過程中最煩瑣,也是最關鍵的一步。在本文中筆者采用按環路阻力值從大到小的順序依次對各環路進行平衡,并對業已進過平衡的管段不再進行調整,可較好的解決平衡過程中的重復計算問題。為了便于計算,我們假設風管支路中需調整的各管段其調整前后阻力值比例保持不變,而調整前后管徑與阻力值之間的關系為:

  D=D(P/P)0.225(1)

  式中,D、 D:阻力平衡前后風管支路的管徑;P、 P:阻力平衡前后最不利環路上對應風管支路的阻力值。

  阻力平衡自動計算時,將環路中已經調整的管段路徑及阻力損失值除去,并對未經調整的支路按式(1)對各管段計算出經阻力平衡后的管徑D,由D計算出對應的速度V及管段阻力ΔP。

  3、4計算結果的校核

  由于以上計算過程是在風管為任意直徑圓管的假設條件下的計算結果,而實際設計時可能是圓管也可能是矩形管,而其管徑也必須為標準管徑。所以在校核時首先必須將風管的管徑轉換成相近水力直徑的標準管徑,并將對應的風速V、管段阻力ΔP進行相應的計算。同時,在阻力平衡時假設管段風速可以為任意值,而實際中風速有一定的限制,當風速超出其范圍時必須將該管段的風速按技術要求進行調整,并對管徑及管段阻力進行相應的計算,同時打印顯示要求加裝調阻閥門的支路及調阻閥門上的阻力值。還有要檢查阻力平衡后的是否滿足系統中總管段的(當量)直徑總比分支管段(當量)直徑大的變化規律。

  經校核后的各環路要重新計算其阻力值,看其最不利環路是否發生變化,其他環路與最不利環路的阻力差值是否超過許可范圍。若出現上述情況需對結果進行重新調整。

  四、結論

  1、利用本文提出的方法并結合計算機進行空調通風風道系統阻力的自動平衡,具有快速準確、簡便等優點;

  2、如何加強人機互動,是需要進一步深化的問題;

  3、在自動平衡過程中能進一步結合技術經濟比較,使風道設計最優化,需要進一步研究解決。

  4、本文以定風量系統為模式展開,對風管系統采用變風量系統時的風管設計與閥門控制亦有一定的借鑒意義。

  參考文獻:

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  [3]陳在康,等。暖通計算機方法。北京:中國建筑工業出版社,1985

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  [5]Bill Jelen,Tracy syrstad著。王軍,等譯。巧學巧用EXCEL2003VBA與宏(中文版)。北京:電子工業出版社,2005

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