Chapter hvac engineering Fundamentals: Part 1 Introduction

110
Chapter Five
Figure 5.17
Air velocity pattern in straight duct.
2
V
P
⫽
(5.9)
冉 冊
v
4005
where
P
⫽
velocity pressure, inches of H O
v
2
V
⫽
velocity, ft / min
4005
⫽
dimensional constant (call it
K
)
This may also be written:
V
⫽
4005
兹
P
v
Because the dimensional constant includes the air density, the con-
stant must be corrected for elevations above sea level. This is done by
dividing the sea level constant 4005 by the square root of the density
ratio at the desired elevation (see Table 3.3 for the density ratio).
Thus, the constant for a 5000-ft elevation is
4005
K
⫽
⫽
4400
兹
0.83
5.3.2
Pressure changes in duct systems
As air flows through a duct, there is a loss of energy—measured as a
total pressure reduction—due to friction and turbulence. The ASH-
RAE Handbook
3
states: ‘‘Frictional losses are due to fluid viscosity, and
are the result of momentum exchange between molecules in laminar
flow and between particles at different velocities in turbulent flow.’’ In
simpler language, some air molecules rub against the duct wall and
are slowed down; other molecules rub against the slower molecules,
and so on. In a long, straight section of duct, this results in a velocity
pattern something like Fig. 5.17. Friction loss in this section will be
uniform and constant so long as the duct dimensions and airflow rate
remain constant. Friction losses are measured in inches of water per
100 ft of duct. For calculation purposes, the mean velocity in the duct
is used.
Design Procedures: Part 3
Downloaded from Digital Engineering Library @ McGraw-Hill (www.digitalengineeringlibrary.com)
Copyright © 2004 The McGraw-Hill Companies. All rights reserved.
Any use is subject to the Terms of Use as given at the website.

---

Design Procedures: Part 3
111
Figure 5.18
Air velocity pattern
at a duct elbow.
Figure 5.19
Duct transitions.
Note:
For an angle
␣
of 15
⬚
or less, flow is considered
nonturbulent.
When the duct changes dimensions or direction, there is an addi-
tional dynamic loss due to turbulence such as swirls, eddies, and non-
uniform velocity patterns produced by the inertial properties of the
air—the tendency to keep flowing in a straight line. Thus, at an elbow
the air tends to ‘‘pile up’’ along the heel of the elbow, creating a neg-
ative pressure and eddy in the throat (see Fig. 5.18). Similar phenom-
ena occur at abrupt transitions (dimensional changes). Gradual tran-
sitions (Fig. 5.19) lessen or eliminate the effects of turbulence.
5.3.3
Friction losses
The ASHRAE Handbook
Fundamentals
3
contains a detailed theoret-
ical analysis of friction losses in ducts. For practical purposes,
the friction loss can be determined from the flow versus friction chart
(Fig. 5.20). This nomograph shows the friction loss in round ducts in
Design Procedures: Part 3
Downloaded from Digital Engineering Library @ McGraw-Hill (www.digitalengineeringlibrary.com)
Copyright © 2004 The McGraw-Hill Companies. All rights reserved.
Any use is subject to the Terms of Use as given at the website.

---

112
Chapter Five
Figure 5.20
Air friction chart. (
From
Carrier-System Design Manual,