局所排気装置  ダクトの圧損計算



ダクト設計に関する基本式

@ 風量、風速、ダクト径の関係ダクト内を空気が風速 V m/s で流れているものとすれば 、風速、風量、ダクト径の関係は

          風速  風量  ダクト径


 

A 速度圧を計算で求める

       空気密度

          比例常数 


B 圧力損失(圧損)
  圧力損失とは「着目2点間の全圧の差」として定義されている。したがって、圧力損失を計算する場 合は常に流体素子両端の全圧を求めるか、既存のデータなどから圧力損失係数を引用して計算する。
        
   
               
:全圧 :静圧 :速度圧   :圧力損失

               添字1は流れの上流側、2は下流側を表す
  点と点の速度圧が等しい(ダクトの太さが等しいなど)場合及び速度圧が無視できる場合はは両端間の静圧の差になる。また、速度圧と圧力損失計数を用いて圧力損失を表せば

        

  特に、鋼板製直線ダクトについては

             L:ダクトの長さ(m)  d:ダクトの直径(m)
 点と点の速度圧が等しくない場合は両点間の速度圧差の絶対値と圧力損失係数を用いて
        

 なお、局排のダクトなどのある点における全圧は、吸引口(フード)における全圧がゼロであるから、その点までの圧力損失を表すことになる。また、圧力損失係数は文献によって「管摩擦係数(ダクト、パイプの場合)」「圧損係数」「抵抗係数」などと表現されることもある。


C 拡大管、縮小管の圧力損失
  圧力損失を、全圧、静圧速度圧をそれぞれとし流れの上流側を1、下流側を2の添 字を用いれば

         

 間の静圧差をとすれば式を変形して

         

  拡大管の場合はとなりは正の値を示し静圧再取得で静圧が上がるが、縮小管ではであるからは負の値で静圧が下がる。


D 合流管の圧力損失

 合流管は@→Bを主ダクト側、A→Bを枝ダクト側と呼ぶ。一般に合流管を設計する場合は入り口側と、出口側の風速がほぼ等しくなるように寸法を決めるので速度圧の差はゼロとみなすことができる。一般に圧力損失は2点間の全圧の差であるが、合流管の場合は主ダクト側(入り口側)の速度圧に圧損係数を乗じて求める。合流管の圧力損失は主ダクト側と枝ダクト側を別々に計算する。

  @ 主ダクト側(@→B)の圧力損失

 主ダクト側の@→B間は静圧差、速度圧差共に極めて小さいとみなせるので、実用上は圧力損失もゼロとしても差し支えない。しかし合流による渦が生じるため厳 密にはゼロでなく、圧損係数を0.2として@点の速度圧を乗じて求める。

        :合流管主ダクト側の圧力損失

               :合流前の速度圧

  A 枝ダクト側(A→B)の圧力損失

  枝ダクト側では気流が曲げられるため圧力損失が大きい。合流角度θが大きほど圧力損失が大きくなるのでなるべく緩やかな角度で合流させる。速度圧は合流前の値を用いて計算式は次の通りである。静圧回復は考慮しない。

           :合流管枝ダクト側の圧力損失

                 :枝ダクトの圧力損失

                  :別表参照


E ダスト濃度とダクトの圧力損失の関係

粉塵がダクト内を搬送されるとき、粉塵の輸送エネルギは空気の抗力によって与えられる。即ち、ダクトの圧力損失となって顕れるのであるが、これを詳細に分析すれば次の7項目の和と考えられる。

    @ 空気のみの直管部圧損

    A 気流のみのベンド、合流部等の圧損

    B 粒子を加速するのに要する圧損

    C 粒子相互間の衝突などによるエネルギ ロス

    D 粒子の重力に起因する圧損(水平方向)

    E 同           (鉛直方向)

    F ベンドの粒子による付加圧損

 @及びAは前項で求めた。B〜F項が粒子に関係する部分である。しかし、これらの値は粉粒体の空気輸送装置の設計で問題となるもので、局排ではダクト内を通過する空気中の粉塵濃度が低く、殆どの場合 50.1 程度であるから圧力損失にはあまり効いてこない。一般に、ダスト濃度が 2030 位までは粉塵による圧力損失の増加は数パーセント以下とみてよく無視して差し支えない。
 なお、圧力損失とは別の問題として、ダストによるダクトの閉塞、磨耗には注意しなければならない。この現象はダスト濃度に関係なく起こるものである