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空调风管系统计算与绘图一体化软件的开发

2010年09月27 00:00:00 来源：中国制冷空调技术网

摘要：介绍了空调通风工程风管系统计算与绘图一体化软件的开发方法，包括计算与绘图的连接，数据的结构与传递，计算公式与系数的确定，水力计算与自动成图的流程。

建筑设备设计软件经过了单纯的计算软件阶段和单纯的绘图软件阶段，正在向着计算与绘图一体化方向发展。计算软件阶段是最初级的计算机辅助设计阶段。单纯的绘图软件虽然使得软件的实用性有所增强，绘图效率得到提高，但依然存在计算与绘图相分离、人工智能的因素太少、工作量大并容易出错等问题。本文以空调通风施工图绘制和计算最繁琐部分——风管系统为例，研究计算绘图一体化软件的开发方法。

1空调通风风管平面图计算与绘图的连接

1.1计算绘图连接方法

计算与绘图相分离的软件是这样工作的：根据管道的布置，先画一张系统草图，在草图上标注长度、局阻和风量等数据，然后按照这些数据，由计算程序进行水力计算，并打印出计算结果，再按管径数据绘出正式图、进行标注和统计设备材料。在此过程中具有许多重复性的操作，使得过程复杂繁琐。若能把绘图和计算结合在一起，由计算机绘制风管轴线之后自动查询管道长度、局阻信息并进行计算，然后将数据返回到图形上，就可以大大缩短设计周期、减轻设计者的工作量。

分析上述过程可以发现，如果利用计算机自动计算与绘图，在整个设计过程中，图形数据和计算数据的反复传递贯穿设计全过程。可以把系统布置的信息以文件形式传递给计算机，由计算机按既定的数学模型和数据结构，计算、分析、整理这些信息，然后把它转换成图形信息，调用自动绘图软件成图，从而实现计算与绘图的一体化，见图1。

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：

Rmilhi=ΣRm(i-1)lh(i-1)

(1)

式中Rmi——第i段支管的比摩阻;

Rm(i-1)——第i-1段支管的比摩阻;

lhi——第i段支管的换算长度;

lh(i-1)——第i-1段支管的换算长度。

根据当量长度法，有

lhi=li+ldi=li+0.410L0.609iv-0.504iΣζi

(2)

式中li——第i段支管的长度;

ldi——第i段支管的当量长度;

Li——第i段支管的风量;

vi——第i段支管的流速;

Σζi——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λi——第i段支管摩擦阻力系数;

λi=0.019 3di-0.217vi-0.105

di——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vi允许有≤1.0%的误差，则：

(8)

(9)

(10)

由式(10)解得的vi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vi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;

Rs——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

3风管平面图自动生成

通风空调专业软件中的风管平面图自动成图主要包括各种构件(如三通、四通、变径管等)的自动生成和全部风管平面图的自动生成。各种构件的单元图采用了参数化绘图方法。

3.1各构件参数化绘图

所谓参数化绘图就是用户事先根据所绘图形编好程序，运行该程序时输入主要参数，可以生成一系列的图形，达到自动形成单元图形的目的。用AutoLISP语言可以在AutoCAD内部实现参数绘图。这一部分内容在上章已经作了叙述。本章用到的通风空调风管参数化构件主要包括三通、T型三通、四通、弯头、变径管、风口等。单元图形函数的开发，大大增加了复杂图形的生成能力，也去掉了不必要的菜单选择和键盘输入，减少了复杂图形的绘制时间。

3.2调用单元图程序自动成图

风管平面图自动成图的框图见图3。

图3自动成图框图

在编制单元图程序时，各接口参数是作为全局变量保存在函数中的。

4设计实例

某空调风机盘管送风系统，设各送风口设计风量为600 m3/h，风口5个。调用本软件可以很快地完成计算并生成平面图，各个支管经过自动平衡计算。绘制结果见图4，水力计算结果见表1。

图4设计实例

表1水力计算结果

管段

编号风量

/m3/h风道高

/mm风道宽