第五章 气体力学计算

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第五章 气体力学计算
(2)结构 2.离心式鼓风机
离心式鼓风机的工作原理与离心式通风机相似，只是空气的压缩过 程通常是经过几个工作叶轮（或称几级）在离心力的作用下进行的 。 3.回转式风机 三、离心式通风机特性及选择计算 1.通风机在管道上工作时的总压头 单位体积气体通过风机时所获得的机械能，称为通风机产生的总压头。 其a作)将用气是体:的压力从吸合空间的po提高到用气空间的pd，即提高到了pd-po
气流量之和。 (3) 考虑到环境保护问题，烟囱的高大至少应高出周围建筑物3米。 (4) 布置烟道时，应尽量减少阻力损失。
5.3 供气系统极其有关计算
一、供气管道 1.管道布置基本原则 (1) 供气管道一般架空敷设，管道底部距地面的距离不得小于2米。 (2) 管道系统中装有换热器时，应设旁道管道，金属换热器后的热 风总管上一般要求安装放风阀。煤气管道上应安装放散管及放 散阀。煤气总管上除安装调节阀外，还应安装低压快速切断阀。 (3) 按有关规程进行气密性试验（试压）。 (4) 管道布置应尽量减少阻力损失。
压头是流动的动力。反之，热气体自上向下流动时，位压头应作阻力来对 待。
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第五章 气体力学计算
2.热气体静压头及其分布规律
(1)定义：热气体的静压头与同一水平面大气静压头压力之差，即相 对压力，常称做表压力，用hs表示。
(2)分布规律 A .静止液体表压力分布规律：上小下大 B.热气体表压力分布规律：上大下小
hd
g
2
W2
-
a
2
Wa2
g
2
W2
二、热气体平衡方程式:
h g1 hs1 h g2 hs2
三、热气体管流伯努利方程式（双流伯努利方程式）
1.表达式：实际流体管流伯努利方程式为:
z 1g
W12 2
P1
z 2g
W22 2
P2
h2
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热气体管流伯努利方程式为:
H1 ( a
- g )g PM1
二、本课的重点、难点
本课的重点是烟囱的工作原理及烟囱计算，烟道的选择及计算，供气管道尺寸的 选择及计算，风机的选择。
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第五章 气体力学计算
5 气体力学计算
冶金炉内气体流动的显著特征： 第一：炉内气体为热气体（即炉内气体的温度高于周围 大气的温度）； 第二：炉内热气体总是与大气相通的，而且炉内热气体 的密度小于周围大气的密度，所以炉内气体的流 动状况受大气的影响。
如图5-2-1，在烟囱内等温情况下:
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第五章 气体力学计算
P4 P3 Ha g
P2 P3 Hgg
差值△ P P4 - P2 H( a g )g 0,所以气体能自动地由
炉膛入口并排入大气，称自动通风。实际上△P即为烟囱底部截面对烟 囱顶部截面所产生的位压头，所以，烟囱底部的位压头是烟囱排烟的 动力。如图5-2-2，以3-3为基准面，在气体静止状态下列出2-2与33截面的伯氏方程得公式 :
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§5.1 热气体相对于大气的特殊规律
一、热气体的压头
单位体积流体的能为： 位能：ρgz 静压能：P 动能： W 2
2
对于炉内热气体在流动过程中，虽然同样具有这三种能量，但 由于周围大气对其流动的影响，这三种能量只能用相对值来表示， 即 单位（体积）热气体所具有的位能与外界同一平面上单位（体 积）大气所具有的位能之差称为位压头。同理也有动压头和静压 头之称呼。但是在通常情况下，大气的流速比流体的流速小得多， 所以热气体的动压头也就是热气体本身所具有的动能。
4.两截面上的压头损失等于两截面上表压力之差
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§ 5.2 排烟系统及烟囱 排烟系统及烟囱的重要性
一、烟囱(实物如下图）
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1.烟囱的工作原理
烟囱能将烟气从炉尾经烟道烟囱排入大气，是因烟囱底部具有抽力，亦 称吸力。烟囱产生抽力的原因是热气体相对于大气的特殊规律造成的。
W12 2
g
H2(a
- g ) PM2
W22 2
g
hL
即 h g1 hs1 h d1 h g2 hs2 h d2 h L
四、热气体管流时的阻力损失计算
表达式
hL
k
2
W2
k
0 W02
2
(1
t)
N m2
计算特点说明：
1.摩擦阻力损失hf计算
hf
k W2
2
L D
W 2
2
L D
0W02
Kg
m3
）下的数
3) 风机的传动方式有A 、B、C、D、E、F等6种。
(2)参数换算
i)实际风量
V
V0
760 P
273 293
t
m3 h
ii)实际全风压及轴功率
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h
h0
P 760
293 273 t
Pa
P 293
N N0 760 273 t
KW
7.通风机的串联与并联
当一台风机的风压及风量不能满足需要时，只有同型号的风机才能串、
W02
W03 2
t t2 t3 2
D取当量直径平均值 D d 3 d 2 2
(4)空气及烟气密度计算
a
a0 1 ta
g
g0 1 tg
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3.烟囱设计计算中的注意事项
(1) 当几个炉子共用一个烟囱时，在Fra Baidu bibliotek算hv时，应选用hL 比较大
的那炉子的数值。 (2) 计算烟囱出口及底部直径所用的烟气流量vo，应用两个炉子烟
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§5.1 热气体相对于大气的特殊规律 §5.2 排烟系统及烟囱 §5.3 供气系统极其相关计算
一、本课的基本要求
1 ．掌握位压头、静压头及动压头的概念，热气体表压力沿高度分布的 规律，热气体管流伯努利方程式及其应用。
2 ．会烟囱的设计、烟道和供气管道的选择。 3 ．会风机的选择。
m3 s
N.m s
KW
m3 s
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6.风机的选择及计算
(1)风机的选择注意事项
1) 铭牌上标出的全风压、风量、功率是指在最高效率下的h、v及N值。
2) 风机性能表说明书、铭牌上所标出的风机性能。都是指风机在实验
标准状况（1个标准大气压，20摄氏度，密度为1.293 值，工作条件若不同于实验条件，应进行参数换算。
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第五章 气体力学计算
取0—0`为基准面，则热气体的位压头为 :
h g g gH - agH ( g - a )gH
当基准面取在上方，高度向下量度时为正，故:
h g -H( g - a )g H( a - g )g （此时H为正值）
分布规律：线性，上小下大。
注意：由于热气体有自动上升趋势，所以热气体由下向上流动时，位
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第五章 气体力学计算
当 g a 时有效重力为正，方向竖直向下，流体在大气中
下沉；反之则流体在大气中上浮，由于热气体温度高于大气温度，
所以， g 故热a 气体有效重力为负，方向向上，热气体在
大气中有自动上浮的趋势。
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（3）热气体的位压头及其分布规律
如下图5-1-2所示:
第五章 气体力学计算
但此式不能直接用来计算烟囱的高度H，因为式中很多参数均与H有关。所以 只能用试算法，其步骤如下：
(1)烟囱实际抽力hv的计算
烟道系统内 总 h L h r 热气体自上而下流动的位压头 hd
h v (1.2 1.3) h L
(2)烟囱内动压头增量hd 的计算
h d
2
(1
t)
N m2
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第五章 气体力学计算
的选择按圆管内流磨阻力计算式计算，工程上一般按经验式。
L为计算段长度，D为当量直径，Wo 取经济流速，t取时间段的平均值。
2.局部阻力损失的计算 hr 局部阻力系数仍按附表6查出，wo仍取经济流速，温度则取对应
与w 的温度。 3.热气体自上而下流动时，位压头作为阻力损失考虑，反之，热气 体自下而上流动时，位压头应从阻力损失中减去。
注意：
当在某一平面上，热气体的表压力为零时，称此面为零压面。在零压面以 上，热气体表压力为正，若有缝隙，则热气体将外逸。反之，在零压面以下， 热气体表压力为负，冷空气将会被吸入。冶金炉的操作过程中常将零压面控 制在炉底上，使炉膛呈正压区，而烟道则为负压区。
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第五章 气体力学计算
3.热气体的动压头 由定义知，热气体的动压头
- P2
H( a
g )g
H( a0 Hta
g0 Ht g
)g
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第五章 气体力学计算
由此式可得出，烟囱底部表压力为负值（称为抽力或吸力）该抽力称理论
抽力。它是由位压头产生的，而且与烟囱的高度 H、大气的温度ta，烟囱温
度tg等因素有关。
若烟气在烟囱内流动，则其实际抽力为:
h 实际
-PM 2
H( a
并联使用。风机串联后总风压比二台风机风压之和略低，风量等于一台的
风量。风机并联后，风量比两台风机风量之和略低，风量等于一台风机的
风压。
返回
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W32 2
g
W22 2
g
0 W023 2
(1 tt 3 )
e0 W022 2
(1 t 2 )
d3
4V0 W03
d 2 d3 1.5
W02
4V0
d
2 2
据实际情况定,一般取2 4 m s
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(3)烟囱内阻损失hl的计算
2
hL
H W0 D2
g 0 (1 t )
式中W0
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2.管道计算
(1)管径计算
(2)管道的阻力损失计算
二、常用风机简介
按产生压力的大小，风机分为:
通风机
压力在0.1 atm以下
鼓风机
压力在0.1~3atm 以内
压缩机
压力超过3atm
高压压缩机 压力超过100atm
1.离心式通风机
(1)类型
低压通风机 中压通风机
高压通风机
压力小于981Pa(100mmH2O) 压力为981~2943 Pa(100~300mm H2O) 压力大于2943Pa(300mm H2O)
-
g )g
- ( W32 2
-
W22 2
)g
-
hL
即hV PM 2 H (a g )g hd hL
2. 烟囱计算
在冶金炉中不论是设计新烟囱，还是对建成的烟囱进行校核，其原理是相 同的，现以新设计烟囱为例说明其计算方法。 由烟囱的工作原理可知:
H hV hd hL
(a g )g
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b)克服气体沿吸气，排气管道所产生的压头损失 h Ls h Ld
c)使气体由气体由吸气空间的静止状态达到排风机口处 动能 Wd2
Wd
时所具有的
2
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第五章 气体力学计算
2.通风机的风量、功率及效率
V
V0
P0 P
T T0
N i VH
VH 10.4
Ni
N
3.风机的特性曲线
4.管网特性
5.风机的工作点及工况调节
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第五章 气体力学计算
1．热气体的位压头——几何压头 （1）阿基米德浮力原理 （2）有效重力
设流体的密度为g ，体积V，大气的密度为 a ，则流体在大气中所
受 到的浮力为: agV 。
流体本身的重力为 g gV
有效重力为 g gV - agV ( g - a )gV 单位体积流体的有效重力为 ( g - a )g