Калькулятор воздуховодов: потери на трение, скорость и перепад давления

Рассчитайте скорость воздуха в прямом канале, число Рейнольдса, коэффициент трения Дарси и перепад давления по расходу воздуха, диаметру, длине, шероховатости, плотности и вязкости.

airductcalculatorКалькулятор

Обзор

Используйте этот калькулятор для части HVAC-оценки перепада давления в прямом канале. Введите расход воздуха, диаметр (или эквивалентный гидравлический диаметр), длину, шероховатость стенки, плотность воздуха и динамическую вязкость для расчёта скорости, числа Рейнольдса, коэффициента трения Дарси и общих потерь на трение. Фитинги, заслонки, переходы и решётки требуют дополнительных членов локальных потерь.

Исходная страница сохранена по адресу Engineering ToolBox — Air Duct Calculator; первоначальная ссылка на внешний калькулятор была http://www.iklimnet.com/data/duct.html.

Основные формулы

Уравнение Дарси-Вейсбаха

$\Delta P_f = f \cdot \frac{L}{D_h} \cdot \frac{\rho v^2}{2}$

Перепад давления из-за трения вдоль прямого участка канала.

Аппроксимация Свами-Джейна (коэффициент трения)

$f = \frac{0.25}{\left[ \log_{10}\left(\frac{\varepsilon}{3.7 D_h} + \frac{5.74}{Re^{0.9}}\right) \right]^2}$

Действительно для турбулентного потока ( $Re > 4000$ ) в коммерческих воздуховодах.

Число Рейнольдса

$Re = \frac{\rho v D_h}{\mu}$

Определяет режим потока: ламинарный ( $Re < 2300$ ), переходный или турбулентный ( $Re > 4000$ ). Почти все системы HVAC-воздуховодов работают в турбулентном диапазоне.

Гидравлический диаметр

$D_h = \frac{4A}{P}$

Для некруглых каналов, где $A$ — площадь поперечного сечения, а $P$ — смоченный периметр. Для круглого канала $D_h$ равен диаметру канала.

Скоростное давление

$P_v = \frac{1}{2}\rho v^2$

Полезно для соотнесения скорости с давлением и для подбора фитингов.

Переменные

Символ	Описание	Typical Unit
$\Delta P_f$	Friction pressure drop	Pa
$f$	Darcy friction factor	—
$L$	Duct length	m
$D_h$	Hydraulic diameter	m
$\rho$	Air density	kg/m³
$v$	Mean air velocity	m/s
$Re$	Reynolds number	—
$\varepsilon$	Absolute surface roughness	m
$\mu$	Dynamic viscosity	Pa·s
$A$	Cross-sectional area	m²
$P$	Wetted perimeter	m

Шероховатость материала канала

10 строк

Типичные значения абсолютной шероховатости для распространённых материалов воздуховодов
Материал канала	Шероховатость ε (mm)	Шероховатость ε (ft)
Оцинкованная сталь	0.046	0.00015
Коммерческая сталь	0.045	0.00015
Тянутая трубка (медь)	0.0015	0.000005
Чугун	0.26	0.00085
Concrete	0.3	0.001
Гибкий воздуховод (гладкая оболочка)	0.09	0.0003
Гибкий воздуховод (гофрированный)	0.9	0.003
Канальная плита из стекловолокна	0.3	0.001
ПВХ труба	0.0015	0.000005
Листовой металл (без покрытия)	0.05	0.00016

Источник: engineeringtoolbox.com

Свойства стандартного воздуха

9 строк

Свойства стандартного воздуха при 1 атм (101,325 кПа)
Температура (°C)	Плотность (kg/m³)	Динамическая вязкость (Pa·s (×10⁻⁵))
0	1.293	1.715
10	1.247	1.765
20	1.204	1.815
30	1.165	1.864
40	1.127	1.912
50	1.093	1.96
60	1.06	2.007
80	1	2.099
100	0.946	2.188

Источник: engineeringtoolbox.com

Калькулятор: потери на трение в воздуховоде

Потери на трение в прямом воздуховоде (Дарси — Вейсбах)

Расход воздуха(m³/s)

Диаметр воздуховода(m)

Длина воздуховода(m)

Шероховатость поверхности ε(mm)

Плотность воздуха ρ(kg/m³)

Динамическая вязкость μ(Pa·s)

Конвертер единиц

На исходной странице был раздел конвертера единиц. Этот конвертер сохраняет распространённые преобразования для проектирования воздуховодов: расход воздуха, размер воздуховода, потери давления, длина и скорость.

Конвертер единиц для воздуховодов

Airflow(m^3/s)

Потеря давления(Pa)

Диаметр воздуховода(m)

Длина воздуховода(m)

Скорость воздуха(m/s)

Восстановленные исходные таблицы

Следующие таблицы восстановлены с исходной страницы для сохранения полных справочных данных.

Инженерные заметки

Допущение турбулентного потока: Формула Свами-Джейна, используемая выше, действительна для $Re > 4000$ . Почти все системы HVAC-воздуховодов попадают в этот диапазон. Для $Re < 2300$ используйте $f = 64/Re$ (ламинарный поток).
Прямоугольные воздуховоды: Преобразуйте в эквивалентный круглый воздуховод, используя $D_h = 4A/P$ , или используйте таблицы метода постоянного трения из ASHRAE/SMACNA.
Фитинги и аксессуары: Калькулятор учитывает только трение прямого воздуховода. Добавьте местные коэффициенты потерь ( $K$ -факторы) для отводов, тройников, переходов, заслонок и решеток. Типичная практика использует метод эквивалентной длины или коэффициента потерь.
Коррекции плотности воздуха: На высотах выше уровня моря или при повышенных температурах плотность воздуха падает. Используйте таблицу плотности выше или рассчитайте по формуле $\rho = P/(R \cdot T)$ , где $R = 287\ \text{J/(kg·K)}$ .
Штраф за гибкие воздуховоды: Гофрированные гибкие воздуховоды имеют шероховатость в 10–20 раз выше, чем у листового металла. Производители часто рекомендуют добавлять 50% к потере трения, рассчитанной по номинальному диаметру.
Стандартная расчётная скорость: Основные каналы для жилых помещений: 4–6 м/с. Системы для коммерческих помещений: 6–10 м/с. Вытяжные системы: 8–13 м/с. Превышение этих значений приводит к шуму и чрезмерному потреблению энергии.
Метод постоянного трения: Общий проектировочный подход определяет размеры всех участков воздуховодов для равномерного падения давления на единицу длины (обычно 0,8–1,2 Па/м для систем низкого давления).

Ссылки

Исходный источник — Engineering ToolBox
Исходная ссылка на внешний калькулятор — http://www.iklimnet.com/data/duct.html
Исходная ссылка: http://www.iklimnet.com/data/duct.html
Справочник ASHRAE — Основы, Глава 21: Проектирование воздуховодов
Стандарты SMACNA на строительство HVAC-воздуховодов

Источник: engineeringtoolbox.com