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局部排氣導管設計. 基本假設. 非壓縮性流,流體密度不變,質量守恆→風量(流量)守恆 導管無洩漏. 造成靜壓變化的因素. 管壁摩擦(同時造成全壓損失) 紊流(同時造成全壓損失) 流速改變(不造成全壓損失). 管壁摩擦. 紊流壓損. D P S = F P V < 0. 流速改變. 靜壓下降. 全壓幾乎不變. 導管開口(含氣罩)的壓力損失. 風速: 0 -> 導管風速 動壓:增加 若無其他損失: 靜壓下降:且下降量 = 動壓增加量 全壓不變 考慮摩擦與紊流損失 全壓下降 靜壓下降,且下降量 > 動壓增加量. 若無摩擦與紊流損失
E N D
基本假設 • 非壓縮性流,流體密度不變,質量守恆→風量(流量)守恆 • 導管無洩漏
造成靜壓變化的因素 • 管壁摩擦(同時造成全壓損失) • 紊流(同時造成全壓損失) • 流速改變(不造成全壓損失)
紊流壓損 DPS= F PV < 0
流速改變 靜壓下降 全壓幾乎不變
導管開口(含氣罩)的壓力損失 • 風速:0 -> 導管風速 • 動壓:增加 • 若無其他損失: • 靜壓下降:且下降量 = 動壓增加量 • 全壓不變 • 考慮摩擦與紊流損失 • 全壓下降 • 靜壓下降,且下降量 > 動壓增加量
若無摩擦與紊流損失 Pv = 25 mmH2O Ps = -25 mmH2O Pt = 0 考慮摩擦與紊流損失 Pv = 25 mmH2O Ps = -40 mmH2O Pt = -15 mmH2O v = 20 m/s Pv Ps = 0 Pv = 0 Pt = 0 Pt Ps
描述氣罩壓力損失的方法 • 壓損因數(Entry Loss Factor,Fh) • 進口係數(Coefficient of Entry,Ce)
氣罩壓損係數 • 氣罩後方 Pt = -FhPv or DPt = FhPv • Ps = Pt –Pv = -FhPv –Pv = -(Fh + 1) Pv or DPs = (1 + Fh )Pv • 1 :加速因數
若無摩擦與紊流損失 Pv = 25 mmH2O Ps = -25 mmH2O Pt = 0 考慮摩擦與紊流損失 Pv = 25 mmH2O Ps = -40 mmH2O Pt = -15 mmH2O Fh = -Pt/Pv = 15/25 = 0.6 or = -Ps/Pv – 1 = 40/25 – 1 = 0.6 v = 20 m/s Pv Ps = 0 Pv = 0 Pt = 0 Pt Ps
氣罩進口係數 • Ce = 氣罩風量/無壓損之流量 =Q/Qmax
若無摩擦與紊流損失 Pv = 25 mmH2O Ps = -25 mmH2O Pt = 0 考慮摩擦與紊流損失 Pv = 25 mmH2O Ps = -40 mmH2O Pt = -15 mmH2O v = 20 m/s Pv Ps = 0 Pv = 0 Pt = 0 Pt Ps
氣罩前後壓力變化 Fh Pv Ps = (1+Fh) Pv Pt = FhPv Ce
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)
壓 力 損 失 壓 力 損 失 風量 風速 DPt = K×Q2 v = Q/A 壓 力 損 失 Pv = rv2/2 DPt = F×Pv 動壓
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 • 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 • 出口排放風速 • 排氣機進出口管徑
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
log(氣罩設計風量) log(氣罩風量) log(容許濃度) log(個人採樣濃度)
如何決定搬運風速 污染物 愈濕黏 搬運風速 愈大
導管設計主要目的 • 決定各導管管徑 • 決定排氣機性能要求
例題 • 具單一氣罩之局部排氣裝置 • 氣罩風量:8.5 m3/min • 氣罩壓損係數:Fh = 0.85 • 氣罩至排氣機導管: • 管壁摩擦因數:f = 0.024 • 長度:11.6 m • 搬運風速:23 m/s 以上 • 含有一肘管(Fe = 0.22) • 排氣機至出口導管 • 長度:2.4 m • 直徑:10 cm
0 Pt0 = Pv0 = Ps0 = 0 Ps4 = 0 2 3 4 1 2.4 m 11.6 m 計算方向 計算方向 空氣密度r = 1.2 kg/m3 氣罩風量需求:Q = 8.5 m3/min 氣罩壓損係數:Fh = 0.85 肘管壓損係數:Fe = 0.22 排氣機前導管最低搬運風速:vmin = 23 m/s 排氣機後導管管徑:10 cm 導管摩擦損失因數 f = 0.024
0-1 • Q = (8.5 m3/min)(1 min/60 s) = 0.1417 m3/s • 導管截面積最大為:Amax = Q/vmin = (0.1417 m3/s)/(23 m/s) = 0.006159 m2 • 若導管截面積大於此值,導管內風速會小於規定的 23 m/s • 導管最大管徑dmax = (4Amax/p)1/2 = [(4)(0.006159 m2)/p]1/2 = 0.08856 m • Amax = pdmax2/4
0-1(續) • 若導管管徑只能使用 2、3、4、…cm:取管徑d1 = 8 cm = 0.08 m • 若以四捨五入取d1 = 9 cm > dmax,會使導管內風速小於規定的 23 m/s • 若導管管徑可以訂做(自由選取),則令d1 = dmax = 0.08856 m • 若管徑d1已事先給定,則無需上述步驟
0-1(續) • 以管徑d1 = 0.08 m 繼續以下計算: • 導管截面積:A1 = pd12/4 = p (0.08 m)2/4 = 0.005027 m2 • v1 = Q/A1 = (0.1417 m3/s)/(0.005027 m2) = 28.18 m/s > vmin = 23 m/s • Pv1 = rv12/2 = (1.2 kg m/s)(28.18 m/s)2/2 = 476.6 Pa • 在 20°C 時,若要求單位為 mmAq,則可使用Pv1 = (28.18/4.04)2 = 48.7 mmAq
0-1(續) 氣罩後方導管動壓 • 氣罩壓損:DPth = FhPv1 = (0.85)(476.6 Pa) = 405.1 Pa • 氣罩後方(點 1): • Pt1 = 0 – DPth = -405.1 Pa • Ps1 = Pt1 – Pv1 = -405.1 Pa – 476.6 Pa = -881.7 Pa • 或Ps1 = -(1 + Fh) Pv1 = (1 + 0.85)(476.6 Pa) = -881.7 Pa acceleration factor
1-2 • 導管壓損:f(L12/d1)Pv1 = (0.024)(11.6 m)/(0.08 m)(476.6 Pa) = 1659 Pa • 肘管壓損:FePv1 = (0.22)(476.6 Pa) = 104.9 Pa • 1-2 的總壓損DPt1-2 = 1659 Pa + 104.9 Pa = 1763 Pa • 通式:DPt1-2 = (fL12/d1 + SF)Pv1 =[(0.024)(11.6)/(0.08) + 0.22](476.6 Pa) = 1763 Pa = DPs1-2 導管上配件壓損係數總和 導管摩擦壓損係數 A1 = A2,v1 = v2,Pv1 = Pv2,DPt 1-2 = DPs1-2
1-2(續) • 排氣機入口(點 2): • Pv2 = Pv1 = 476.6 Pa • Pt2 = Pt1 – DPt1-2 = -401.5 Pa – 1763 Pa = -2168 Pa • Ps2 = Pt2 – Pv2 = -2168 Pa – 476.6 Pa = -2645 Pa • 或Ps2 = Ps1 – DPs1-2 = -881.7 Pa – 1763 Pa = -2645 Pa
4-3 • 排氣機後方導管:由出口往前算 • 排氣機後方導管管徑已給定: • d3 = d4 = 10 cm = 0.1 m • A3 = A4 = pd42/4 = pd32/4 = p (0.1 m)2/4 = 0.007854 m2 • v3 = v4 = Q/A3 = Q/A4 = (0.1417 m3/s)/(0.007854 m2) = 18.04 m/s • Pv3 = Pv4 = rv32/2 = rv42/2 = (1.2 kg/m3)(18.04 m/s)2/2 = 195.2 Pa