Tài liệu Giáo trình xây dựng_Thông gió 4 ppt

I I ---- TỔN THẤT ÁP SUẤT TRÊN ĐƯỜNG ỐNG TỔN THẤT ÁP SUẤT TRÊN ĐƯỜNG ỐNG TỔN THẤT ÁP SUẤT TRÊN ĐƯỜNG ỐNG Để vận chuyển được không khí đi trong đường ống thông gió cần có quạt không khí

I

I TỔN THẤT ÁP SUẤT TRÊN ĐƯỜNG ỐNG TỔN THẤT ÁP SUẤT TRÊN ĐƯỜNG ỐNG TỔN THẤT ÁP SUẤT TRÊN ĐƯỜNG ỐNG

Để vận chuyển được không khí đi trong đường ống thông gió cần có quạt không khí để tạo ra chênh lệch áp suất trong và ngoài ống Hiệu số áp suất giữa không khí trong và ngoài khí quyển được gọi là áp suất thừa của dòng khí trong ống Aïp suất thừa này được gọi là áp suất toàn phần của dòng khí trong ống dẫn và nó chính bằng tổng áp suất tĩnh và áp suất động của dòng không khí

Aïp suất tĩnh xác định thế năng của 1 m3 không khí trong tiết diện đang xét Aïp suất trên thành của ống dẫn chính bằng áp suất tĩnh Pt

Aïp suất động xác định năng lượng động học (động năng) của 1

m3 không khí và được ký hiệu là Pđ:

g.2

v

Pđ = γ 2 Tổng tổn thất áp suất của dòng không khí sẽ là: P = Pđ + Pt Khi không khí đi trong ống hút và ống đẩy sẽ gây ra tổn thất áp lực, bao gồm:

- Tổn thất do ma sát giữa không khí với thành ống → gọi là tổn thất

ma sát (∆Pms) hay tổn thất dọc đường

- Tổn thất do không khí đi qua các chướng ngại vật (rẽ nhánh, côn, chạc ba, ) → gọi là tổn thất cục bộ (∆Pcb)

Lúc này tổn thất áp lực toàn phần trên đường ống sẽ là:

cb ms

∆PTPquạt Phút Pđẩy PTPhút PTPđẩy

Trong đó bao gồm cả tổn thất qua các thiết bị lắp đặt trên

đường ống

1/ TỔN THẤT ÁP SUẤT MA SÁT :

Từ thủy lực học, chúng ta có công thức tính tổn thất áp suất do

ma sát như sau:

γϕ

=

g.2

v.l.F

U

Pms 2 , [kg/m2]

Đặt : = ϕ γ

g 2

v F

U

R 2 ⇒∆Pms =R l., [kg/m2/m]

∆Pms : tổn thất áp suất do ma sát [m]

R : tổn thất áp suất đơn vị (trên 1m chiều dài đường ống), [kg/m2/m]

ϕ : hệ số tỉ lệ: ϕ = λ/4

U : chu vi ướt của tiết diện ống, [m]

F : diện tích tiết diện ngang của ống, [m2]

v : vận tốc của không khí chuyển động trong ống, [m/s]

g : gia tốc trọng trường, [m/s2]

γ : tỉ trọng của không khí (trọng lượng đơn vị), [kg/m3] 1

l : chiều dài đoạn ống, [m]

λ : hệ số ma sát Hệ số này phụ thuộc vào chế độ chuyển động của không khí đi trong ống (chảy tầng, chảy rối, độ nhám của ống dẫn), nó được đặc trưng bởi hệ số Râynon (Re):

- Khi Re < 2320 → chế độ chảy tầng, lúc này λ chỉ phụ thuộc vào hệ số Re:

Re

64

=

λ

- Khi Re > 2320 → chế độ chảy rối, có 3 trường hợp xảy ra:

+ Lớp không khí tiếp giáp với thành ống có tính chảy tầng dày hơn và phủ kín độ nhám của thành ống → gọi là chế độ chảy rối trong ống nhẵn thủy lực, nên λ chỉ phụ thuộc vào Re:

(lgRe)2 , 5

01,1

=

λ

+ Nếu lớp ranh giới chảy tầng ở sát thành ống mỏng hơn độ nhám của thành ống thì hệ số λ hầu như không phụ thuộc vào Re mà chỉ phụ thuộc vào độ nhám và đường kính ống dẫn:

2

K

r lg 2 74 , 1

d

K.111,

Trong phạm vi này gọi là phạm vi ống nhám thủy lực

+ Từ chế độ chảy rối trong ống nhẵn thủy lực sang chế độ chảy rối trong ống nhám thủy lực có một giai đoạn quá độ Trong giai đoạn quá độ này hệ số λ phụ thuộc vào cả Re và độ nhám tương đối của ống dẫn và có thể xác định theo công thức Alsul như sau:

25 , 0

Re

68d

K.11,

=

λ

r, d : bán kính và đường kính ống dẫn, [m]

K : độ nhám tuyệt đối của thành ống, [m]

ν : hệ số nhớt của không khí, [m2/s]

Pa , 2

v

Pa=ρ2

Hình 1: Biểu đồ xác định tổn thất ma sát R

Để tiện lợi trong tính toán người ta lập sẵn các biểu đồ hoặc bảng số để tra các hệ số: tổn thất ma sát đơn vị R, đường kính d, tốc độ v và lưu lượng L khi biết những giá trị còn lại (xem hình 1) Nhưng với lưu ý: R tra trên biểu đồ hình 1 có đơn vị là [Pa], nhưng để tiện lợi trong tra quạt và thống nhất đơn vị với tổn thất áp suất cục bộ thì đổi sang đơn vị [kg/m2] như sau: 1 [kg/m2] = 9,81 [Pa]

Khi lập biểu đồ được xác định trong điều kiện tiêu chuẩn, với K=0,1mm; γ=1,205kg/m3, ν=15,06.10-6m2/s Do vậy, nếu tính toán trong điều kiện khác (to khác với tiêu chuẩn) thì phải đưa vào hệ số hiệu chỉnh η → được lập thành bảng để tra

Bảng 2: Độ nhám của một số ống dẫn:

Mương dẫn thạch cao trộn với vật liệu khác 1

Mương dẫn bằng gạch có quét sạch bề mặt 4

Mương bằng tấm bê tông xỉ 1,5

Bề mặt tường gạch (sạch, không láng vữa) 3 - 6 Mương gạch xây trong tường (không quét sạch) 5 - 10

Lúc này : Rthực = Rtc.η.n

2/ TỔN THẤT ÁP SUẤT CỤC BỘ :

Có 2 loại chướng ngại vật gây tổn thất cục bộ:

- Chạc ba, chạc tư, miệng thổi, miệng hút → làm thay đổi lưu lượng

- Loa, phễu, ngoặt, côn, mở rộng → làm thay đổi tốc độ không khí chuyển động nhưng không thay đổi lưu lượng

Theo thủy lực học: ∆ =ξ =ξ γ

g.2

v.P

Pđ : áp suất động của dòng không khí, [kg/m2]

v : vận tốc không khí đi trong ống ,[m/s]

g : gia tốc trọng trường, [m/s2]

γ : tỉ trọng của không khí, [kg/m3]

ξ : hệ số sức cản cục bộ, phụ thuộc vào hình dạng và kích thước chướng ngại vật Nó được xác định bằng thực nghiệm, nhưng trong trường hợp đơn giản có thể xác định bằng tính toán lý thuyết

- Mở rộng đột ngột 2 :

2

2 1 2

1

2

F

F1v

,

0

- Ngoặt : 0 , 6

75 , 0

n.008,

=ξ

α : góc của ngoặt, tính theo độ

Chiều chuyển động của không khí

Góc rẽ nhánh

Tỉ số diện tích nhánh rẽ với nhánh chính: (Fr /Fc)

Tỉ số diện tích nhánh thẳng với nhánh chính: (Ft /Fc)

Tỉ số lưu lượng nhánh rẽ với nhánh chính: (Lr /Lc)

Tỉ số lưu lượng nhánh thẳng với nhánh chính: (Lt /Lc)

Tỉ số vận tốc nhánh rẽ với nhánh chính: (vr /vc)

Tỉ số vận tốc nhánh thẳng với nhánh chính: (vt /vc)

Thực tế có rất nhiều loại chạc ba khác nhau nên người ta lập thành bảng tra cho từng loại cụ thể (xem phụ lục)

Các bảng tra, biểu đồ được xây dựng cho tiết diện ống tròn, nên khi áp dụng tính toán cho ống hình chữ nhật cần phải qui đổi sang đường kính ống tương đương

- Đường kính tương đương theo vận tốc:

Ống hình chữ nhật a × b qui sang ống tròn dtđ(v) sao cho khi vận tốc trung bình không khí trong đó bằng nhau thì tổn thất về ma sát bằng nhau:

ba

b.a.2

dtđ(v)

+

=

=> Nếu a = b → dtđ(v) = a

- Đường kính ống tương đương theo lưu lượng:

Ống hình chữ nhật a × b qui sang ống tròn dtđ(L) sao cho khi lưu lượng không khí trong đó bằng nhau thì tổn thất về ma sát bằng nhau:

5

3 3 )

L (

b.a.265,1

Ống hình chữ nhật a × b qui sang ống tròn dtđ(F) sao cho diện tích không khí trong đó bằng nhau:

Có nhiều phương pháp để tính toán, nhưng phương pháp tổn thất đơn vị thường được áp dụng hơn cả

Ví dụ: Cho hệ thống thông gió như hình vẽ:

2

1

3 4

5

7

6 8

10 9

Hình 6: Ký hiệu các đoạn ống tính toán hệ thống thổi

Vấn đề ở đây là chọn tiết diện ống và tổn thất áp suất khi đã biết lưu lượng và độ dài của tất cả các nhánh (trường hợp 1)

Đầu tiên chọn tuyến ống bất lợi nhất, gọi đó là tuyến ống chính và đánh số các đoạn của nó bắt đầu từ ngọn đến gốc Mỗi đoạn có lưu lượng không đổi Vì lưu lượng đã biết nên ta chọn đường kính thế nào để cho vận tốc nằm trong phạm vi hợp lý

Biết được vận tốc, lưu lượng và đường kính dùng bảng số hoặc biểu đồ để tra tổn thất áp suất đơn vị R, sau đó tính ra tổn thất áp suất

ma sát trên cả đoạn ống

Tiếp theo tính tổn thất cục bộ qua các chướng ngại vật dựa theo hệ số cản cục bộ của chúng

Tiến hành như vậy cho tất cả các đoạn trên ống chính và cuối cùng tổng cộng các trị số tổn thất ma sát và cục bộ kể cả tổn thất áp suất trong các thiết bị đặt trên tuyến ống chính như lưới lọc bụi, bộ sấy không khí, ta được sức cản của hệ thống đường ống:

∆Pms(i) : tổn thất áp suất ma sát trên đường ống thứ i

∆Pcb(i) : tổn thất áp suất cục bộ trên đường ống thứ i

∑∆ Pth.bị: sức cản của các thiết bị xử lý không khí đặt trên tuyến ống chính

Bảng 3: Bảng tính thuỷ lực hệ thống thông gió:

l, m

Vận tốc

v, m

Đườn

g kính

d,

mm

Tổn thất đơn vị R, mm/m

Tổn thất ma sát

R.l

Tổng hệ số sức cản cục bộ

Σξ

Aïp suất động

Tổn thất cục bộ

Tổn thất toàn phần

Khi tính xong tuyến chính, tiếp tục tính cho các nhánh phụ

Nguyên tắc tính nhánh phụ là: từ một điểm nút, tổn thất áp suất trên nhánh qui về đó hoặc từ đó xuất phát đi đều bằng nhau

Ví dụ: hình vẽ, ta có ∆PAB = ∆PAC

Như vậy sau khi tính toán xong tuyến nhánh chính thì tổn thất áp suất trên các nhánh phụ biết được và bây giờ chỉ cần xác định đường kính của chúng Đó chính là trường hợp tính toán thứ 2 Để giải quyết bài toán này trước tiên ta phải tìm tổn thất đơn vị gần đúng của nhánh phụ:

'

[kg/m2.m] hay [mmH2O/m]

∑∆Pi : tổng tổn thất áp suất toàn phần của các đoạn trên tuyến ống

chính nối song song với ống nhánh phụ đang xem xét

Σl : tổng chiều dài các đoạn trên nhánh phụ, [m]

∆Pcb: tổn thất áp suất cục bộ phỏng chừng trên nhánh phụ, lấy khoảng 40-90% tổn thất áp suất toàn phần

B

A

C Hình 7: Nhánh chính - nhánh phụ

Sau đó dựa vào R' và lưu lượng của từng đoạn mà tra ra đường kính Đường kính tra được có thể lẻ, cần lấy tròn lên đường kính qui chuẩn gần nhất, do đó cần tính lại tổn thất áp suất ma sát và cục bộ thực Kết quả tính lại nếu khớp với trị số tổn thất áp suất biết trước thì phù hợp, nếu không thì cần điều chỉnh đường kính ống, và tính toán lại tương tự như trên

Khi tính toán thông gió ta cần chọn vận tốc nằm trong phạm vi cho phép xuất phát từ điều kiện kỹ thuật và kinh tế

Về mặt kỹ thuật: nếu vận tốc quá lớn sẽ gây ồn và rung động, đường ống cần phải có độ bền cao để khỏi bị phá vỡ vì áp suất lớn

Về mặt kinh tế: vận tốc lớn ứng với tiết diện ống nhỏ → tiết kiệm được vật liệu, giá thành chế tạo rẻ, dễ lắp đặt và thi công Nhưng vận tốc lớn thì tổn thất cũng lớn → quạt phải tiêu thụ nhiều điện năng,

do đó giá thành sử dụng sẽ đắt

Từ đó người ta đưa ra giới hạn vận tốc kinh tế nhất đảm bảo cả 2 điều kiện trên theo bảng sau:

Bảng 3: Vận tốc kinh tế trong đường ống thông gió:

Nhà dân dụng, công cộng Nhà công

nghiệp

TT Loại ống dẫn và các bộ phận thổi, hút

TG trọng lực TG cơ khí TG cơ khí

1 Cửa lá sách của bộ phận thu không khí từ

ngoài vào

0,5 - 1 2 - 4 2 - 4

2 Miệng thổi đặt chân tường (gần sàn) 0,2 - 0,5 0,2 - 0,5 2 - 4

3 Miệng thổi đặt gần trần 0,5 - 1 1 - 2 2 - 4

5 Bộ phận thải khí ra ngoài trời 1 - 1,5 3 - 6 4 - 6

6 Mương dẫn và ống dẫn nằm ngang 0,5 - 0,8 5 - 8 5 - 12 (20)

7 Mương dẫn, ống dẫn đứng của các nhánh rẽ 0,5 - 1 1 - 5 2 - 8 (10)

 CÁC BƯỚC TÍNH TOÁN:

* Bước 1: Chọn tuyến chính, đánh số từ ngọn đến gốc

* Bước 2: Căn cứ vào lưu lượng, chọn vận tốc chuyển động của không khí trong ống nằm trong phạm vi cho phép → tra ra đường kính và tổn thất áp suất đơn vị R

∆Pma sát = R.l.η.n

* Bước 3: Lập bảng tính thủy lực để xác định các thông số khác

* Bước 4: Dựa vào bảng tính thủy lực sẽ biết được lưu lượng và tổn thất thủy lực để chọn quạt gió

Bảng 4: Hệ số sức cản cục bộ ξξξξ :

0,57 0,51

0,63 0,52

0,80 0,65

0,92 0,66

1,00 0,72

0,91 0,72

0,9 0,8 0,55 0,3 0,18 0,14

0,8 0,67 0,41 0,17 0,13 0,1

0,69 0,58 0,41 0,22 0,21 0,18

0,59 0,53 0,44 0,34 0,33 0,3

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

Ống hút nón che

2

1,43 1,11 1,1

1,36 1,1 1,1

1,32 1,1 1,1

1,26 1,1 1,1

1,22 1,1 1,1

1,19 1,1 1,1

Ống khói có nón che

o

d l

α

o

d l

Miệng thổi hoa sen

Loại

Trên xuống Dưới lên

- 2,8

Miệng thổi trên trần có đĩa

chắn đục lỗ

Ngoặt sắc cạnh tiết diện

vuông hoặc tròn

Ghi chú: Dòng trên là ξ của Fo

Dòng trên là ξ của F t

Fo + Ft > Fc ; Ft = Fc Chạc ba vuông góc tiết

Phễu mở rộng tiết diện

Phễu mở rộng lắp đặt sau

Van điều chỉnh nhiều cánh Số ξ o khi α