風(fēng)道系統(tǒng)的阻力平衡自動(dòng)計(jì)算

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　摘要：風(fēng)道系統(tǒng)的阻力平衡直接影響著系統(tǒng)風(fēng)量的實(shí)際分配值及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。本文介紹的風(fēng)道系統(tǒng)阻力平衡自動(dòng)計(jì)算，不但可確保了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，還可有效提高設(shè)計(jì)效率。

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)道系統(tǒng) 環(huán)路阻力 平衡 自動(dòng)計(jì)算

　　一、引言

　　在空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)中，由于同一系統(tǒng)的風(fēng)管是相互連接的一個(gè)整體，因而必然遵循各支路阻力平衡規(guī)律，當(dāng)風(fēng)管系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、管道尺寸一經(jīng)確定，在一定的風(fēng)機(jī)作用下，各段的風(fēng)量是按阻力平衡規(guī)律自動(dòng)分配的。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)未經(jīng)阻力平衡計(jì)算，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)際風(fēng)量分配與設(shè)計(jì)不符。當(dāng)然我們也可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)閥來分配風(fēng)量，但這樣一來就又使非最不利環(huán)路的風(fēng)壓多余。所以在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)考慮各環(huán)路的阻力平衡具有現(xiàn)實(shí)意義。

　　然而，不少設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行風(fēng)道水力計(jì)算及阻力平衡過程中僅僅憑經(jīng)驗(yàn)估算或查圖手算，這樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力還達(dá)不到理想效果。筆者所設(shè)計(jì)的計(jì)算軟件以EXCEL為工作平臺(tái)，用VBA語言為開發(fā)工具，從而確保了程序的執(zhí)行效率。

　　二、阻力自動(dòng)平衡計(jì)算的基本步驟

　　風(fēng)道系統(tǒng)阻力平衡自動(dòng)計(jì)算的執(zhí)行過程基本延用常規(guī)設(shè)計(jì)的計(jì)算步驟，主要如下：

　?、賹⒏鞴?jié)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系、管段的相關(guān)參數(shù)依次輸入并保存，然后根據(jù)技術(shù)要求初步選定各管段的假定風(fēng)速；

　?、诟鶕?jù)假定風(fēng)速自動(dòng)計(jì)算管段當(dāng)量水力直徑及阻力損失；

　?、塾霉?jié)點(diǎn)逆尋法自動(dòng)查找系統(tǒng)各環(huán)路的路徑及阻力損失，并確定系統(tǒng)最不利環(huán)路；

　　④對(duì)非不利環(huán)路進(jìn)行自動(dòng)阻力平衡。

　?、輰?duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核。

　　以上過程中只有工作量不大①、⑤需人工干預(yù)，而其他步驟全部由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。從而不但確保其計(jì)算速度及準(zhǔn)確性，而且還可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)氖止ふ{(diào)整。

　　三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　要實(shí)現(xiàn)風(fēng)道系統(tǒng)的阻力平衡自動(dòng)計(jì)算過程，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)核心要點(diǎn)上。

　　3、1關(guān)鍵詞的定義

　　為了便于理解本文，筆者先將文中出現(xiàn)的部分關(guān)鍵詞作如下釋義。

　　節(jié)點(diǎn)的編號(hào)規(guī)則。為了能根據(jù)各節(jié)點(diǎn)間的邏輯關(guān)系，方便地查尋風(fēng)道系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)路，我們給各個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)數(shù)字編號(hào)，并對(duì)節(jié)點(diǎn)編號(hào)作如下假定：按風(fēng)量遞減方向?qū)?jié)點(diǎn)從小到大編號(hào)，或都說對(duì)于送風(fēng)系統(tǒng)則節(jié)點(diǎn)編號(hào)沿氣流方向遞增。

　　3、2系統(tǒng)各環(huán)路的自動(dòng)排序

　　系統(tǒng)各環(huán)路的自動(dòng)排序是實(shí)現(xiàn)阻力平衡自動(dòng)計(jì)算的前提，也是本程序的關(guān)鍵步驟之一。其過程實(shí)際上就是按照各環(huán)路的阻力損失大小進(jìn)行自動(dòng)排序的過程。通過排序可以較好的解決如下兩個(gè)問題：①可以根據(jù)排序結(jié)果直接選取系統(tǒng)的最不利環(huán)路；②確實(shí)減少各環(huán)路阻力平衡時(shí)的重復(fù)計(jì)算。

　　系統(tǒng)各環(huán)路的自動(dòng)排序的具體執(zhí)行步驟如下：

　?、僮詣?dòng)選取末端節(jié)點(diǎn)；

　　系統(tǒng)參數(shù)輸入時(shí)，將除系統(tǒng)起始點(diǎn)外其他節(jié)點(diǎn)按編號(hào)從大到小列于風(fēng)道系統(tǒng)阻力平衡計(jì)算相關(guān)參數(shù)表的“節(jié)點(diǎn)列”中，并將對(duì)應(yīng)的緊前節(jié)點(diǎn)列于“緊前節(jié)點(diǎn)列”中，如圖2所示。在自動(dòng)選取末端節(jié)點(diǎn)時(shí)，計(jì)算機(jī)逐一查找節(jié)點(diǎn)列中的節(jié)點(diǎn)在緊前節(jié)點(diǎn)列中的重復(fù)出現(xiàn)次數(shù)，若出現(xiàn)次數(shù)為0則為末端節(jié)點(diǎn)，為1則為普通節(jié)點(diǎn)，否則為分叉點(diǎn)。

　　②依次搜索每一個(gè)末端節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的環(huán)路路徑并同步計(jì)算其阻力損失值。

　　根據(jù)圖2中各節(jié)點(diǎn)的邏輯關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)查尋。即先由末端節(jié)點(diǎn)找出其對(duì)應(yīng)的緊前節(jié)點(diǎn)，然后再查尋該緊前節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的緊前節(jié)點(diǎn)及管段阻力損失，重復(fù)此過程直至對(duì)應(yīng)的緊前節(jié)點(diǎn)為系統(tǒng)起始節(jié)點(diǎn)則該環(huán)路查尋完畢，將環(huán)路所有管段的阻力損失累加即為環(huán)路阻力損失值。實(shí)際上該過程是一個(gè)循環(huán)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(duì)所有環(huán)路進(jìn)行排列。

　　此時(shí)排在最前面的那條環(huán)路即為該風(fēng)管系統(tǒng)的最不利環(huán)路。

　　3、3各環(huán)路的阻力平衡

　　阻力平衡是整個(gè)風(fēng)管設(shè)計(jì)過程中最煩瑣，也是最關(guān)鍵的一步。在本文中筆者采用按環(huán)路阻力值從大到小的順序依次對(duì)各環(huán)路進(jìn)行平衡，并對(duì)業(yè)已進(jìn)過平衡的管段不再進(jìn)行調(diào)整，可較好的解決平衡過程中的重復(fù)計(jì)算問題。為了便于計(jì)算，我們假設(shè)風(fēng)管支路中需調(diào)整的各管段其調(diào)整前后阻力值比例保持不變，而調(diào)整前后管徑與阻力值之間的關(guān)系為：

　　D=D（P/P）0.225（1）

　　式中，D、 D：阻力平衡前后風(fēng)管支路的管徑；P、 P：阻力平衡前后最不利環(huán)路上對(duì)應(yīng)風(fēng)管支路的阻力值。

　　阻力平衡自動(dòng)計(jì)算時(shí)，將環(huán)路中已經(jīng)調(diào)整的管段路徑及阻力損失值除去，并對(duì)未經(jīng)調(diào)整的支路按式（1）對(duì)各管段計(jì)算出經(jīng)阻力平衡后的管徑D，由D計(jì)算出對(duì)應(yīng)的速度V及管段阻力ΔP。

　　3、4計(jì)算結(jié)果的校核

　　由于以上計(jì)算過程是在風(fēng)管為任意直徑圓管的假設(shè)條件下的計(jì)算結(jié)果，而實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可能是圓管也可能是矩形管，而其管徑也必須為標(biāo)準(zhǔn)管徑。所以在校核時(shí)首先必須將風(fēng)管的管徑轉(zhuǎn)換成相近水力直徑的標(biāo)準(zhǔn)管徑，并將對(duì)應(yīng)的風(fēng)速V、管段阻力ΔP進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。同時(shí)，在阻力平衡時(shí)假設(shè)管段風(fēng)速可以為任意值，而實(shí)際中風(fēng)速有一定的限制，當(dāng)風(fēng)速超出其范圍時(shí)必須將該管段的風(fēng)速按技術(shù)要求進(jìn)行調(diào)整，并對(duì)管徑及管段阻力進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，同時(shí)打印顯示要求加裝調(diào)阻閥門的支路及調(diào)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(tǒng)中總管段的（當(dāng)量）直徑總比分支管段（當(dāng)量）直徑大的變化規(guī)律。

　　經(jīng)校核后的各環(huán)路要重新計(jì)算其阻力值，看其最不利環(huán)路是否發(fā)生變化，其他環(huán)路與最不利環(huán)路的阻力差值是否超過許可范圍。若出現(xiàn)上述情況需對(duì)結(jié)果進(jìn)行重新調(diào)整。

　　四、結(jié)論

　　1、利用本文提出的方法并結(jié)合計(jì)算機(jī)進(jìn)行空調(diào)通風(fēng)風(fēng)道系統(tǒng)阻力的自動(dòng)平衡，具有快速準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)；

　　2、如何加強(qiáng)人機(jī)互動(dòng)，是需要進(jìn)一步深化的問題；

　　3、在自動(dòng)平衡過程中能進(jìn)一步結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，使風(fēng)道設(shè)計(jì)最優(yōu)化，需要進(jìn)一步研究解決。

　　4、本文以定風(fēng)量系統(tǒng)為模式展開，對(duì)風(fēng)管系統(tǒng)采用變風(fēng)量系統(tǒng)時(shí)的風(fēng)管設(shè)計(jì)與閥門控制亦有一定的借鑒意義。