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局部排氣導管設計

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

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局部排氣導管設計

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Presentation Transcript

  1. 局部排氣導管設計

  2. 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

  3. 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）

  4. 管壁摩擦

  5. 紊流壓損 DPS= F PV < 0

  6. 流速改變 靜壓下降 全壓幾乎不變

  7. 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

  8. 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

  9. 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）

  10. 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

  11. 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

  12. 氣罩進口係數 • Ce = 氣罩風量/無壓損之流量 =Q/Qmax

  13. 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

  14. 氣罩前後壓力變化 Fh Pv Ps = (1+Fh) Pv Pt = FhPv Ce

  15. 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）

  16. 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

  17. 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

  18. 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

  19. log(氣罩設計風量) log(氣罩風量) log(容許濃度) log(個人採樣濃度)

  20. 如何決定搬運風速 污染物 愈濕黏 搬運風速 愈大

  21. 導管設計主要目的 • 決定各導管管徑 • 決定排氣機性能要求

  22. 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

  23. 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

  24. 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

  25. 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

  26. 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

  27. 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

  28. 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

  29. 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

  30. 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

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