关于静压复得法新算法的实现

关于静压复得法新算法的实现

摘要： 本文分析了静压复得法的几种不同算法，提出了以截面为计算单元，从末端向始端进行确定管径的新算法，借助EXCEL，构建局部阻力查找函数，实现计算过程的自动化，提高了计算速度，快速调整风管系统的不平衡性。

关键字：静压复得法 风管 水力计算 算法

Abstract: this paper analyzes the static pressure after the inspiring several different algorithm, and brought forward the section for calculating unit, from beginning to end to determine the diameter new algorithm, with the aid of EXCEL, constructing the local resistance search function, realization of the calculation process automation, increase the calculation speed, quick adjustment duct system imbalance.

Key word: static pressure after wisely duct hydraulic calculation algorithm

静压复得法概述

静压复得法是流体输配管网水力计算的常用方法之一，常用于通风管道水力计算以保证风口要求的风速。它是一种使两个分流点之间的静压复得等于两点间的摩阻，以确定风道尺寸的方法。其具备如下特点：

各三通的上游处静压相等，使得沿主风道的各分支管和末端均有相同的静压，不仅便于系统的平衡，一般不必专设阀门调节风量，也使得风口的选型大为简化。

风速大、风道断面小，相应地风机压力高，能量消耗多，对风道的气密性要求较高。

在一般情况下，每个送风房间都要求装设消声末端装置，以调节风量和衰减噪声。

如采用的传统的静压复得系数法，静压复得系数值不准确将使得风道的各分支处的压力难以达到平衡

几种静压复得法的算法介绍

目前流行的静压复得法有如下几种：静压复得系数法、并联节点全压平衡静压复得法、全压损失静压复得法、考虑质量流量的静压复得法。下面简要叙述上述方法及特点：

静压复得系数法

概述

图 1 两相邻三通间压力分布图

如图 1所示，三通A截面A3处有部分风量流出，若三通A直通部分前后截面积变化不大时，有VA1>VA2=VB1，三通A前后动压的减少必然会导致静压的增加，而三通A存在局部阻力损失，全压有所下降，则动压的减少值不能全部转化为静压的增加，即

公式 1

故引入静压复得系数R以表示三通A处动压转化静压的损失。有伯努利方程可到静压增量为

公式 2

因截面A2与截面B1的流速相等，即动压相等，因其全压损失为两截面之间的局部阻力损失和沿程阻力损失，故截面A2与截面B1之间的静压降等于两截面之间的局部阻力损失和沿程阻力损失，即：

公式 3

而三通上游处的静压相等，则有上述两式相等，故： 公式 4

上式中，VB1=VA2已知，通过求解方程，即可得VA1。

优点

计算较为方便，便于手算。

缺点

进行风道计算时，需事先确定静压复得系数，而静压复得系数历经多年，最终确定为0.5~0.95。通过仔细分析，可以得知静压复得部分与三通的直通阻力损失之和为全压损失，也就是说，三通的阻力损失为（1-R）倍动压，这样，R的取值与三通有关，而系统中的三通不全一样，且三通前后的流速等参数也不一样，三通的阻力损失也就不完全一样，这样使静压复得系数为一常数，将导致明显的错误。

并联节点全压平衡静压复得法

概述

它是在传统静压复得法的基础上，引入全压平衡原理。对每一三通建立两个方程组，最后，对所有方程组联立求解。

通过建立静压相等断面的全压差平衡方程式和静压相等断面与全压已知断面间的全压差平衡方程式，使得对任意三通节点，从该节点开始空气通过各管路流入环境空气为止的全压降是相等的[孟长再;关于静压复得法的理论探讨[J];建筑热能通风空调;2002年01期]，这样系统就是完全平衡。

优点

系统能够达到完全平衡

缺点

联立方程式求解较为繁琐，不便于计算

末端支管管径不一致，但一般末端风口是尺寸一致的，这样，在接风口时，必然引入变径，阻力将不一致，系统不会是全压平衡。

计算方法中忽略了三通直通部分的阻力损失。

算法的改进与新算法的提出

分析

从前面对几种不同算法的分析来看，主要有如下问题：

用管段来分析不够直观

在计算阻力损失过程中，系统中的阀部件与管段是隔离开来的，系统的

总阻力损失是所有阀部件与管段的阻力损失之和。传统的计算方法中，将管段前一管件的局部阻力损失计入到管段的阻力损失中去。另外在建立方程组的时候，均是以截面来分析，在计算过程中以管段来分析不够直观。本文在分析过程中、计算过程中均以截面为计算单元，分析及计算较为清晰。

假定条件过多

在文献2的分析过程中，从进风口往出风口处进行计算，其必然会遇到两个问题：三通阻力计算问题和假定进风口处的流速。针对三通阻力，文献2 对三通的直通阻力进行忽略处理；如假定流速偏低时，需重新计算。本文在分析计算过程中从末端进行往前进行计算。

联立方程式求解不便

当系统的分支较多时，建立方程式进行计算将较为繁琐。

方程式建立

根据三通上游截面静压不变，即

则，

联立公式可得

公式 5

最后得到方程式

公式 6

通过下游管段的流速vB1，利用上述公式求上游管段的流速vA1。其中局部阻力系数ζ包括三通、弯头等局部阻力系数。弯头的局部阻力系数可以根据管径、流速查表得到，三通的局部阻力系数较为麻烦，其阻力系数需依据上游管道的流速查表得到，则ΣζA1-B1为vA1的函数，即：

公式 7

公式 8

对上式用最小降速法求解，可得上游管段流速vA1和风管管径。

在EXCEL中进行计算式，为简便计算，可对上式进行简化。

当已计算两三通之间，即截面A1至B1之间的阻力损失时，计算式可以简化：

公式 9

但是是局部阻力与沿程阻力之和，而局部阻力的三通阻力系数是与有关，设定

公式 10

公式 11

对上式用最小降速法求解，可得上游管段流速vA1和风管管径。