局部排氣裝置導管設計程式
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局部排氣裝置導管設計程式 設計理念 PowerPoint PPT Presentation


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局部排氣裝置導管設計程式 設計理念. 長榮大學 陳友剛. 管段. 相同管徑的一段導管 管段中無其他導管匯入與匯出 沿管段設有不會改變管徑的管段配件 根據上遊端(管首)配件分類: 氣罩(對外開放吸氣口): 0 進 1 出 擴縮管(改變不同管段間的管徑): 1 進 1 出 合流(叉管、歧管): 2 進 1 出 排氣機(風扇):每套系統只有一個 出口:每套系統只有一個,無導管 其他接頭(空氣清淨裝置等): 1 進 1 出. 各類管段. 管首配件. 管段配件. 氣罩管段. 擴縮管段. 其他管段. 合流管段. 各類管段. 排氣機管段.

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局部排氣裝置導管設計程式 設計理念

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Presentation Transcript


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局部排氣裝置導管設計程式設計理念

長榮大學

陳友剛


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管段

  • 相同管徑的一段導管

  • 管段中無其他導管匯入與匯出

  • 沿管段設有不會改變管徑的管段配件

  • 根據上遊端(管首)配件分類:

    • 氣罩(對外開放吸氣口):0 進 1 出

    • 擴縮管(改變不同管段間的管徑):1 進 1 出

    • 合流(叉管、歧管):2 進 1 出

    • 排氣機(風扇):每套系統只有一個

    • 出口:每套系統只有一個,無導管

    • 其他接頭(空氣清淨裝置等):1 進 1 出


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各類管段

管首配件

管段配件

氣罩管段

擴縮管段

其他管段

合流管段


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各類管段

排氣機管段

其他管段

不計算管首配件的壓損

  • 管首配件壓損計算方式:

  • 給定壓損值

  • 給定壓損係數

出口管段

無導管,但要計算管首壓損


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配件壓力損失係數的計算方式

全壓

  • 給定壓損值:DTP or DSP

  • 給定壓損係數C:DTP = C VP

    • 注意:壓損係數的定義

  • 根據配件的幾何形狀,使用 ACGIH 經驗公式

靜壓

動壓


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注意:壓損係數的定義

  • 以擴張管為例:

    • 進口風速v1 = 12.0 m/s

    • 進口管徑d1 = 0.10 m

    • 出口管徑d2 = 0.12 m

    • 進口全壓 TP1 = -100 mmAq

    • 出口全壓 TP2 = -120 mmAq

1

2


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注意:壓損係數的定義

  • 出口風速:v2 = v1(d1/d2)2 = (12.0)(0.1/0.12)2 = 8.33 m/s

  • 進口動壓 VP1 = (v1/4.04)2 = (12.0/4.04)2 = 8.82 mmAq

  • 出口動壓 VP2 = (8.33/4.04)2 = 4.25 mmAq

  • 進口靜壓 SP1 = TP1 – VP1 = -100 – 8.82 = -108.8 mmAq

  • 出口靜壓 SP2 = TP2 – VP2 = -120 – 4.25 = -124.3 mmAq


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如何定義壓損係數

1

2

一部份動壓轉換成靜壓,形成static gain

DSP = SP1 – SP2 = 15.5 mmAq

DTP = TP1 – TP2 = 20 mmAq

用TP還是SP?

反映能量損失

用VP1還是VP2?


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各種壓損係數

ASHRAE慣用

ACGIH 氣罩

  • 用 VP1與DTP :F = (TP1 – TP2) /VP1 = 2.27

  • 用 VP2與DTP :F = (TP1 – TP2) /VP2 = 4.71

  • 用 VP1與DSP :F = (SP1 – SP2) /VP1 = 0.51

  • 用 VP2與DSP :F = (SP1 – SP2) /VP2 = 1.06

  • 不同技術手冊定義不同

ACGIH使用SP的設計表


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再舉一個氣罩的例子

  • 氣罩後方導管風速v2 = 10.0 m/s

  • 該處 TP2 = -5.0 mmAq

  • 氣罩前方 TP1 = SP1 = VP1 = 0

  • VP2 = (10.0/4.04)2 = 6.13 mmAq

  • SP2 = TP2 – VP2 = -11.1 mmAq

  • 用DTP 與 VP2 = (0 + 5)/6.13 = 0.81

  • 用DSP 與 VP2 = 11.1/6.13 = 1.81

ACGIH使用SP的設計表:

acceleration factor

1

2


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動壓真正的定義

空氣密度

  • VP = rv2/2

    • 公制單位:Pa or N/m2

  • 技職教育的用法,在 1 atm 20 ℃(r = 1.2 kg/m3)時:

    • VP = (v/4.04)2

      • VP (mmAq)、v(m/s)

    • VP = (v/4005)2

      • VP(inAq)、v(fpm or ft/min)

導管內平均風速


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管段壓力損失的計算方法

  • DTP = DSP = r(L/d)fVP

對平直導管而言,兩端 VP 相同,故無差別

管段全長

管徑

Darcy Factor:用根據 Moody diagram 曲線建立經驗公式


Moody diagram

Moody Diagram


Churchill

Churchill 近似公式

r = 1.2 kg/m3(20°C)

m = 1.78178 × 10-5 Pa-s


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粗糙度e


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如何決定壓損係數

  • 自行測試(壓力計,建議採用)

  • 廠商提供資訊

  • 經驗公式或圖表(最後手段)


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D

P

K

v

=

2

v

Q

A

=

/

風量

風速

= rv

/

VP

2

2

D

P

C

=

VP

動壓


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如何決定氣罩風量

  • 法令要求:控制風速與抑制濃度要求

  • 作業人員個人採樣

  • 煙霧測試或追蹤氣體

  • 方法:

    • 測試(建議採用)

    • 圖表或經驗公式


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局部排氣導管設計基本要求

  • 每一氣罩風量須高於需求值

  • 每一導管風速須高於搬運風速(由此決定最大管徑)

  • 其他考慮因素:

    • 導管內物質濃度

    • 風速上限:靜電、管壁摩耗、物料損失

程式中無法列入考量


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如何決定搬運風速

污染物

愈濕黏

搬運風速

愈大

程式中可設定容許餘裕


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導管中的平衡原則

  • 相當於電路學中的 Kirchhof’s Law

  • 風量平衡(質量守恆)

  • Q3 = Q1 + Q2

3

1

2


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分流問題


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導管中的平衡原則

  • 壓力平衡:沿不同路徑所計算得相匯點處的 TP 或 SP 應相同(能量守恆)

A

3

1

2

B


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管徑決定方式

  • 給定管徑

  • 根據各管段搬運風速決定最大管徑

    • 搬運風速是導管風速下限值,由所需搬運的物質決定

    • 檔板平衡法(blast gate balance):

      • 管徑 = 由搬運風速所定的最大值

      • 決定檔板所需要的壓損,使相匯兩管段累積(含上遊)壓損一致

    • 導管平衡法

      • 調整管徑使相匯兩管段累積壓損一致或在一定範圍內


Acgih

ACGIH 設計法—導管平衡

計算v1、DSP1 與最大管徑

給定Q1

計算v2、DSP2與最大管徑

增加Q1

DSP 較低側增加Q直到兩側DSP 相同 => 增加壓損

也可以降低Q2使兩側DSP 相同

=> 會使Q2低於需求值

給定Q2


Acgih1

ACGIH 設計法—導管平衡

計算v1、DSP1 與最大管徑

給定Q1

必要時降低 DSP 較低側管徑 => 減少Q的增加量,但會增加v

計算v2、DSP2與最大管徑

也可以增加另側管徑

=> 會使另側v低於搬運風速

給定Q2


Acgih2

ACGIH 設計法—檔板平衡

計算v1、DSP1 與最大管徑

給定Q1

以檔板增加 DSP 較低側壓損 => 無需調整Q與v

計算v1、DSP2與最大管徑

給定Q2


Acgih3

ACGIH 設計平衡法


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設計範例

空氣密度 r= 1.2 kg/m3

導管摩擦損失因數 f = 0.0243

肘管壓力損失係數 Fe = 0.22

氣罩壓力損失係數 Fh = 0.85


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A-E4︰

最大導管斷面積 A:Q/v = 8.5/60/23 = 0.006159 m2

最大管徑:(4A/p)1/2 = 0.089 m

選取 d = 0.08 m

導管面積 A:pd2/4 = 0.005027 m2

風速 v:Q/A = 8.5/60/0.005027 = 28.18 m/s

動壓 VP = rv2/2 = (1.2)(28.182)/2 = 476 Pa

導管壓損係數:f ×L/d = (0.024)(11.6/0.08) = 3.52

加上其他壓損係數得 SF : 4.81(3.52 + 2Fe + Fh = 3.52 + (2)(0.22) + 0.85 = 4.81)

本導管全壓損失:SF×VP = (4.81)(476 Pa) = 2290 Pa

導管末端全壓:0 – 2290 Pa = -2290 Pa

導管末端靜壓:SP = TP – VP = -2290 – 476 = -2766 Pa

(or -(4.81 + 1)(476))

VP

SF

acceleration factor


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B-E4︰

如前述…

選取 d:0.08 m

本導管靜壓損失係數:SF = (0.0243)() + 0.85 + 0.22

本導管靜壓損失:SF×VP = (4.01)(48.67) = 195 mmAq

導管末端靜壓:-195 mmAq

比較 A-E4與 B-E4︰

  • 導管末端靜壓值相對差:1-195/278 = 30 % > 20%

  • 風量可能過大,可藉下列方法解決:

  • 減少 A-E4 壓損,增加該管管徑:A-E4 風速會降低至最小搬運風速以下,故不採行

  • 增加 B-E4 壓損,以檔板提供 287-195 = 92 mmAQ 的壓損,此為檔板平衡法

  • 增加 B-E4 壓損,減少該管管徑,此為設計平衡法


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減小 B-E4 管徑:

如前述…

選取 d:0.07 m

本導管靜壓損失:SF×VP = (4.18)(83.02) = 347 mmAq

導管末端靜壓:-347 mmAq

比較 A-E4與 B-E4︰

  • 導管末端靜壓值相對差:1-278/327 = 20 % > 5% 未達壓力平衡,解決方案:

  • 降低 B-E4 風量︰會使氣罩 B 風量低於需求值,故不採行

  • 提高 A-E4 風量


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提高 A-E4風量︰

力求 A-E4 與 B-E4 末端(E4)達到靜壓平衡

將 A-E4 風量調整至 8.5(327/278)1/2 = 9.5 m3/min

如前述…

本導管靜壓損失:SF×VP = (5.68)(60.75) = 347 mmAq

導管末端靜壓:-347 mmAq

繼續下游導管計算︰…

風量為 A-E4 與 B-E4 的總合

導管末端靜壓值由 A-E4 與 B-E4 絕對值較高者開始累加


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進入程式或全新設計

只有出口與排氣機兩種管段


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完成的設計

合流管段

管段名稱

計算所得兩側靜壓值

氣罩管段

顯示管段連接關係,線段長度不代表管長


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管首配件設定


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氣罩參數


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管段參數


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管段參數


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管段配件管理


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管段配件管理


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合流配件設定


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安裝管段


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標準規格管徑


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更新版本

  • 容納 ACGIH 對合流壓損計算的修正

  • 相容新的作業系統(程式與 setup 程式):

    • VISTA

    • 64 位元操作系統(XP 與 VISTA)


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