空调风管系统计算与绘图一体化软件的开发

图1　计算绘图一体化工作过程与数据传递

　　本文选择AutoCAD嵌入式语言AutoLISP作为编程语言。AutoLISP语言具有数据文件功能，可以很容易地与其它高级语言联接起来，这样既能利用AutoLISP强大的绘图功能又能充分发挥高级语言的计算能力，还可以利用“ACAD.PGP”文件，把应用程序挂在菜单中执行。
1.2　数据结构及数据传递
　　在通风空调管道系统软件中，我们预定一个数据规则，按照这个规则采用AutoLISP语言来构造工程数据文件。风管平面数据表的格式可以采取下列形式：
　　(管段长度、管径、流量、流速、局部阻力系数……)
　　此表可以很清楚地描述出任意管段的特点。把若干个这样的表按着一定的顺序排列在一起，就构造出了一个动态的通风空调工程数据文件。
　　在通风空调软件中，生成的数据文件主要是用于进行水力计算和生成风管平面图，故不需要对数据进行大量的修改、频繁的检索和调用。由于每个数据文件都是由长度不同的单元数据及变长度字符串数组所组成，而且每组数据有严格的记录格式，所以我们对最不利环路的选择和水力计算中的数据文件，都采用了顺序文件的格式。
　　风管轴线完成后，在最不利环路和各支管管路选择时，采用人机交互的方法来得到数据文件，通过判断轴线上的节点类型(风口、弯头、三通、四通等)来得到关于最不利环路和各支管管路的管段类型、风量、管长等信息及各点的编号、位置、节点类型、角度等的节点数据信息，其格式分别如下：
　　管路数据文件(缺省文件名fg.dat)
　　(管路类型　节点编号　风量　角度)
　　节点数据文件(缺省文件名pi.dat)
　　(节点编号　节点位置　节点类型　角度)
　　在得到了以上两个数据文件之后，我们便可以进行风道的水力计算。从计算程序中，我们得到了一个关于管段(矩形管)的高度、宽度、阻力、全程阻力等的数据文件，其格式如下：
　　管道数据文件(缺省文件名fgg.dat)
　　(管段类型　编号　风量　管段高　管段宽　风速　段阻力　全程阻力)
　　数据文件生成后，把它传回到AutoCAD中，并读取节点数据文件，从而能够自动地生成全部图形，然后根据风量、阻力来选择风机或风机盘管等，自动进行管径标注、管道材料的统计以及生成材料表。
2　风管的水力计算及局阻系数的确定
　　采用假定风速法，选择最不利环路，进行管道的水力计算。数学表达式如下：

R_mil_hi=ΣR_m(i-1)l_h(i-1)

(1)

式中　R_mi——第i段支管的比摩阻；
　　　R_m(i-1)——第i-1段支管的比摩阻；
　　　l_hi——第i段支管的换算长度；
　　　l_h(i-1)——第i-1段支管的换算长度。
　　根据当量长度法，有

l_hi=l_i+l_di=l_i+0.410L^0.609_iv^-0.504_iΣζ_i

(2)

式中　l_i——第i段支管的长度；
　　　l_di——第i段支管的当量长度；
　　　L_i——第i段支管的风量；
　　　v_i——第i段支管的流速；
　　　Σζ_i——第i段支管的局部阻力系数之和。
将式(2)代入式(1)，经整理得

(3)

又　　　　　　　　　

(4)

式中　λ_i——第i段支管摩擦阻力系数；
　　　λ_i=0.019 3d_i^-0.217v_i^-0.105
　　　d_i——第i段支管当量直径；
　　　
　　　ρ——空气的密度。
把有关数据代入整理：

(5)

其中　　　　

(6)

(7)

　　如果第i段支管流速v_i允许有≤1.0%的误差，则：

(8)

(9)

(10)

　　由式(10)解得的v_i为第i段支管的控制速度。即要使某节点处的阻力平衡时，第i段支管的流速v_i必须受式(10)的约束。管道的阻力包括沿程阻力和局部阻力：

(11)

(12)

式中　λ——摩擦阻力系数；
　　　R_s——风管的水力半径。
　　我们可以拟合公式来计算各种局部构件的局部阻力系数。对于空调矩形送风管道：
　　(1)圆角弯头
　　

(13)

(14)

式中a，b分别为矩形风管高度和沿半径方向长度，r为弯头半径。
　　(2)三通
　　主通道
　　

(15)

　　支通道
　　

(16)

　　以上式中A₁，A₂，A₃为三通3个通道断面面积；L₁，L₂，L₃为三通3个通道风量。
　　(3)T型三通
　　分流三通ζ₁₂或

(17)

　　知道了这些数值后，我们通过假定流速法来确定干管的断面尺寸及风道阻力，然后运用阻力平衡法来得到支管的尺寸及流速。在确定管道尺寸时约束条件如下：
　　(1)限定使用标准管径；
　　(2)如果管道布置很不合理，不能靠调整管径平衡，绘图时由计算机判断并自动加阀门；
　　(3)限定干管风速不能超过8 m/s，支管风速不能超过5 m/s。
　　水力计算流程见图2。

图2　水力计算框图