引言

建材、冶金等行業是高能耗行業，相應地也是碳排放大戶，其中風機的能耗占比非常大，以預分解窯水泥廠為例，全廠需要配置很多大功率的風機，與風機連接的通風管道存在或大或小的壓力損失，甚至不必要的壓力損失。本文僅以篦冷機的冷卻風管為例，利用計算機軟件對比分析風管的不同形狀、大小和導流葉片等因素對風管阻力的影響，以期設計出較合理的低阻力冷卻風管，為小風管的設計奠定一些理論基礎。

風管內氣體流動的壓力損失有兩種：一種是由于氣體本身的粘附性和氣體與管道內壁間的摩擦而產生的能量損失，稱為沿程壓力損失；另一種是氣流經過管道中某些局部管件（如彎頭、三通、變徑等）時，由于流動方向和流速大小的變化形成渦流所產生的能量損失，稱為局部壓力損失。管道的局部壓力損失可通過如下公式計算：

△Ps=ξρv2/2

式中，△Ps—壓力損失；v—空氣流速；ρ—空氣密度；ξ—壓力損失系數。

對于較復雜的管道，其壓力損失系數沒有可靠的依據取值，因此本文采用計算機軟件對比分析不同風管的阻力。

常用的通風管道有圓形管和矩形管，其中圓形管具有很好的力學性能，非常適合大跨距和大直徑的工況。而本文探討的是篦冷機的冷卻風管，這類風管的特點是短小，與長跨距、大直徑的管路有所不同。因此本節以相同橫截面積的矩形管、圓形管、彎折圓形管（見圖1）為分析對象研究形狀對壓力損失的影響。

圖1 不同形狀的風管

分析發現，純圓形管的阻力最小，壓力損失為36 Pa，其次是矩形管，壓力損失為39.6 Pa，最大的為彎頭處分段彎折的圓形管，壓力損失為45.6 Pa。這種軟件分析的阻力與實際標定的阻力相比略微偏小，這與實際風管表面的光滑程度、焊縫凸出等有一定關系，軟件分析的阻力數據更偏理想的條件，但這不影響定性對比分析各風管的阻力差距。

彎頭處無彎折的純圓形管道運用較少，鑄造成本較高，而彎折的圓形管現場制作方便，實際運用較多。而用矩形風管，首先不存在圓變方的變徑，其次彎頭處也可以整塊卷板成型，不用分段彎折，焊縫少且形狀突變小，因此其實際的壓力損失相比會更小。綜合考慮篦冷機的冷卻風管比較短小，其沿程壓力損失小，而彎頭和變徑處的局部壓力損失相對占比大，所以篦冷機的冷卻風管宜選用矩形風管。

根據以上的局部壓力損失公式，壓力損失與空氣流速的平方成正比，可見速度是影響壓力損失大小的主要因素之一，因此本節以不同橫截面積的矩形風管為分析對象研究風速對壓力損失的影響。

由圖2可見，隨著截面積變小，空氣速度增加，其壓力損失也相應顯著增加。

圖2 不同風速對風管阻力的影響

從圖4可以看出，與無導流葉片的風管相比，添加導流葉片后壓力損失均有所減小，最大減小8.2 Pa，占比約20%。從速度云圖3也可以發現，無導流葉片時，風速較快的區域集中在彎頭的內側，而外側風速較低，還有部分渦流。而添加導流葉片后，彎頭內側的高速區分為兩層，起到了分流的作用，降低了最內側的風速，同時渦流也相應減少。

本文還設置了大、中、小彎曲半徑的導流葉片，中導流葉片的風管壓力損失最小，具有最好的導流效果。從速度云圖3也可以看出，其分流的速度較均勻，速度最大分布區和最小分布區較少，渦流也少?？傮w來說導流葉片應設置在彎頭中心線的內側，最好設置在內壁與彎管中心線連線的中間面上。

本文通過對比分析不同形狀、不同截面積和不同導流葉片的小通風管道，得出篦冷機的冷卻通風管道適合用矩形管，其最大通風速度宜控制在16~20 m/s內，且在彎頭處應設計合理彎曲半徑的導流葉片。這樣可有效減少通風管道的壓力損失，減少風機的運行電耗，助力節能降耗減排目標的實現。

作者：游磊1，薛繼佳2

來源：《1成都建筑材料工業設計研究院有限公司；2沈陽航空航天大學》

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