第一章窑炉气体力学.

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热工基础与设备第1章-气体力学

1-2流体的平均密度
V1-2流体的平均体积流量
2014-1-17
36
2014-1-17 27
1、流体的流动类型（流态）
雷诺实验的装置：
0 雷诺实验的条件：水位高度不变—稳定流动，
水的温度不变—不可压缩，=常数
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雷诺实验的内容：
1，改变水的流速，观察示踪色液的流动情况。 2，改变流体种类、管径，观察示踪色液的流动情况。雷诺实验的结果： ↓ ↑ ↑↑ 层流过渡流湍流
Re 106
Re 108
u= 0.86 umax
u = 0.90 umax
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流体动力学 2、连续性方程——不可压缩流体的质量方程连续性方程
一维稳定管流的质量方程
M1 M 2 （流体无吸入或漏损）
1F1u1 2 F2u2

1 2（不可压缩流体）
u1 d 2 u 2 d1
静压能与位能之和相等。或者说两者之各为常数。
x
P2
y
Z2
Z1
方程式的物理意义单位体积的流体具有的位能和静压能之和为常数。

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基准面取在下方，高度向上为正
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流体静力学基本方程
2 讨论
gH1 P1 gH 2 P2
H1=H2
P1=P2 --水平面为等压面
零压面
等压面
例题：如图所示的窑炉，内部充满热烟气，温度为1000℃，烟气标
态密度ρf,0为1.30kg/m3，窑外空气温度20℃，空气标态密度ρa,0为 1.293kg/m3，窑底内外压强相等，均为1atm(101325Pa)。求距离窑底 0.7m处窑内、外气体压强各多大？其相对压强多大？

1.1 气体力学基础

原料进料F
精馏塔
塔底产品W
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②稳定流动系统的能量守恒
对于稳定流动系统，单位时间内输入系统的能量应等于输出系统的能量，即能量守恒。
反证法：若输入系统的能量不等于输出系统的能量，则在系统中指定的某一截面上、直接反映流体能量状态的物理参数（如速度、温度、压强等）就不可能均为常数，也即系统不是稳定系统。能量衡算与物料衡算相类似，也需要规定衡算基准和衡算范围。通常用单位时间为基准（如 J/s），也可用单位质量为基准（J/kg）。
（2）连续介质假设给分析问题带来的方便
①不考虑复杂的微观分子运动，只考虑在外力
作用下的宏观机械运动。 ②能运用数学分析的连续函数工具。
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1.6 稳定与不稳定的概念
（1）稳定流动系统与不稳定流动系统
系统——研究的对象。流动系统——系统中的流体处于流动状态时称为流动系统。
i 1 i j 1
n
m
j
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1.7 可压缩气体与不可压缩气体
不可压缩气体——气体在流动过程中，气体的密度不随压强的变化而变化，这样的气体称为不可压缩气体。可压缩气体——气体在流动过程中，气体的密度随压强的变化而变化，这样的气体称为可压缩气体。
（C）紊流：质点间相互碰撞相互混杂，运动轨迹错综复杂
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气体力学在窑炉中的应用

dV Vn dT 1 n
T
1 dv v dT
T
V n1 V n1 1 （1-3a） n 1 1 n TV 1 n 1 n T
TV n1
视为不可压缩气体：窑炉中的低压空气和烟气的压强近似等于外界大气压，流速远低于当地音速，流动过程中的压强变化不超过 0.5%，虽然温度变化较大，但若分段处理，每段温度变化不大，气体密度变化不超过 20％，可简化计算过程，结果亦符合要求。可压缩气体：气体的流速在 100m/s 以上或压强和温度变化较大，如高压气体外射流动等。初始状态 p0、T0、V0、ρ0 平均流速 ω0 终了状态 p、T、V、ρ 平均流速 ω
V0Tt
T0
t
＝1000×（273＋250）/273＝1916 m3
t 0T0 T ＝1.293×273/（273＋250）＝0.67 kg/m3
由此可知，空气经过加热后体积明显增加，密度明显下降，因此在窑炉的热工计算中，不能忽略气体体积和气体密度随温度的变化。（二）气体的膨胀性和压缩性体积膨胀系数
μ0×10 （Pa·s）
1.72 1.66 1.87 1.37 1.66 0.84 1.20 0.96 0.96 1.17 0.82 ~1.48 ~1.47
6
C 122 118 138 239.7 118 71.7 198 225.9 377 416 673 ~150 ~186 －21~302 15~100 －21~302 17~100 －21~302 15~184 18~100 －－－
（1-2）
1
【例 1】将 1000m3，0℃空气送入加热器中加热，标况下空气密度为 1.293kg/m3，求加热至 250℃时气体的体积和密度。解：

第一章窑炉气体力学小结

第一章窑炉气体力学小结一、静力学基本方程式 p+ρgz=常数 (重力场作用下的静止流体)二、连续性方程式 f 1u 1ρ1=f 2u 2ρ2=f 3u 3ρ3=q v =常数 (流体在管道内作稳定流动)三、柏努利方程式对于不可压缩的理想流体，ρ=常数，带入dp+ρgdz +ρd(u 2/2)=0 积分得： p+ρgz+ρu 2/2=常数对于同一流线上1、2两点，柏努利方程式可表示为： p 1+ρgz 1+ρu 12/2=p 2+ρgz 2+ρu 22/2若考虑流体在流动过程中因摩擦、冲击而消耗部分能量，1-2处柏努利方程式为：p 1+ρgz 1+ρu 12/2=p 2+ρgz 2+ρu 22/2+h l1-2实际流体由I －I 截面流至II －II 截面时总流的柏努利方程式可表示为： 21222221112221-+++=++l h u a gz p u a gz p ρρρρa=2（圆管层流）；a=1.03－1.1（圆管湍流）四、两气体的柏努利方程(p h1-p a1)+gz 1(ρa -ρh )+ρhu 12/2 =(p h2 - p a2)+(ρa -ρh )gz 2+ρhu 22/2+h l1-2压头概念（1）相对静压头h s ；h s = p h -p a（2）相对几何压头h g ；h g =Hg(ρa -ρh )（3）动压头h k ；h k =ρh u 2/2（4）压头损失h l 。

各压头之间转换关系如图所示，动压头转换为压头损失是不可逆的。

五、气体运动过程中的阻力损失1、摩擦阻力气体在管道内流动，由于管壁的摩擦作用以及气体内部的摩擦作用，形成了管道对气体的摩擦阻力。

摩擦阻力的计算式： h lm = lλ/d·(ρu 2/2) Pa气体在直管内做层流流动时，摩擦阻力系数λ= 64/Re ，式中：Re=ρu l/μ，雷诺数；气体做湍流流动时，摩擦阻力系数不仅与Re 有关，还与管壁粗糙度有关，λ=A/Re n2、局部阻力当气体管道发生局部变形，如扩张、收缩、拐弯、通道设闸板等障碍。

气体力学基础

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压缩性：是指作用于气体上的压强增大时，气体所占有的体积减小、密度增大的特性。用压缩系数 p 表示。
1 dv p v dp
[m2/N]或[1/Pa]
p的物理意义——气体温度一定时，气体压
强增加1Pa，气体体积的相对变化率。
[Pa· s]
c 是常数(p页表1-1)，与气体的种类有关。
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1.4 空气的浮力
原理：阿基米德定律。
设：一流体中，一物体，体积V 则，浮力：F = V· 流体· g 重力：P = V· 物体· g
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F(浮力)
•
P(重力)
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讨论：
(1) 假设1m3流体（液体）在空气中
则：P=9810N（ H2O 1000 kg / m ）
3
F=11.77N（ a 1.2kg / m3 ） P» F，所以液体在空气中的浮力可忽略不计。所以说水总是由高处向低处流动。
1.20kg / m ) F=11.77N ( 冷＝a ,20＝
3
可见，P<F，即浮力大于重力。净浮力 = 浮力(F) – 重力(P) = 5.88N > 0 由此可见，热烟气在没有机械能加入的情况下，将会在净浮力的作用下，由下向上自动流动。
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1气体力学解析

（2）温度变化范围大；(?) （3）窑内热气体受窑外冷气体浮力影响大。
等温段分段处理法
• 在高温窑炉中，气体的组成、温度和压力的变化，气体的密度是渐变的。
• 若截取某一有限单元体，如水平炉膛、垂直通道、局部孔口等作为研究对象，采取分段处理的方法，在每个等温段中，等温、等压， =const，所以可视为不可压缩气体。
[Pa·s]
气体的粘度与温度的关系式： t
t
(
273 C T C
)
(
T) 273
3 2
[Pa·s]
μ0——273K时气体的黏度，空气μ0=1.720×10-5 Pa·s；烟气μ0=1.587×10-5 Pa·s C——与气体的种类有关的常数，空气C=122，烟气 C=173。
•相对粘度的测定
我国常采用恩氏粘度： 200ml试液，在测定温度下，从恩氏粘度计流出所需要的时间t(s)与同体积的蒸馏水在20℃时，从恩氏粘度计流出所需要的时间t0(s)的比值。
适用于理想气体状态方程式。
pV nRT m RT M
＝ m
V
pM RT
式中：T----热力学温度，K R----通用气体常数，R=8.3143 J/(mol.K) n ----气体的摩尔数，mol p ----压强，N/m2或Pa(绝对压强) V----体积，m3 m----气体的质量，kg M----气体的摩尔质量，kg/mol
(2) 流化床( 沸腾床 ) 阶段流体流速继续增大，颗粒开始松动，流速达一定值时，颗粒产生明显位移，如液体沸腾，有一个清晰的床层界面。
(3) 颗粒（气力或液力）输送
流体流速进一步增大，当u =u0时，颗粒被带走。
流化床类似液体的特性

第一章气体力学在窑炉中的应用

(2)实际情况下的伯努利方程
实际流体有粘性，流动过程中有能量损失，能量方程：
z1g

p1

1 2
12

z2 g

p2

1 2

2 2

hL
(3)窑炉中热气体的伯努利方程：
z1 ( a

)g

p1

1 2
12

z2 (a

)g

p2

1 2
22

hL
(4)伯努利方程的简写式：
hs1 hk1 hs2 hk2
因为 hk1＞hk2
流体在一水平的、逐渐扩张的管道中流动
则 hs2＜hs1 即 hk→hs
同理流体在渐缩管道中流动时: hs→hk
（3）压头的综合转变 1-1和2-2的伯努力方程:
hg1 hs1 hk1 hg2 hs2 hk2 hL
通过小孔吸入的气体流量：
V＝F （ 2 pa p1 ) a
流量系数 μ =ε ψ 由实验确定
2、气体通过炉门的吸入和流出
A) 气体通过炉门的流出（炉内正压）
如图。设炉门高为H，宽为B
B
炉门与小孔区别为炉门内的压强随高度而变化。
H
在炉门中心线上取一微元体dz 则微元体面积为：dF = B dz，
定义: 流体受热（或冷却）后改变自身容积的特性
表示:
T
1 V
dV dT
(1/K)
气球受热膨胀
膨胀系数β T—压强不变时，温度升高1K时, 流体体积的相对变化率
气体— 膨胀系数很大，温度变化时体积变化很大

1.1气体力学在窑炉中的应用

单击此处编辑母版标题样式速度梯度为1时 1.1.4.2 粘度及其换算
单位接触面积上的内摩擦力
•
单击此处编辑母版副标题样式动力粘度
绝对粘度
运动粘度

du dy
粘度↑粘性 ↑ 流动性↓
28
1.1流体的物理性质
•相对粘度：恩氏粘度，国际赛氏秒、商用雷氏秒等，
我国常采用恩氏粘度。
αi—混合液体中各种液体的质量百分比，%
ρi—气体或液体混合物中各组分的密度，㎏／m3；
10
1.1流体的物理性质
（2）流体的密度与温度、压力的关系
1)液体：工程上液体的密度看作与温度、压力无关。
2)气体：密度与温度和压力有关。
P PV P V P 单击此处编辑母版标题样式 T T T T
单击此处编辑母版标题样式
液体— 膨胀系数很小，工程上一般不考虑
流体压缩性的区别:
• 单击此处编辑母版副标题样式
气体— 膨胀系数很大，温度变化时体积变化很大
21
1.1流体的物理性质
理想气体:
V0 273 t V T V0 V0 (1 T t ) T0 273
单击此处编辑母版标题样式压强一定，t↑—— V ↑
单击此处编辑母版标题样式 18 44 28
i 1
m0 xi i0
0.12
n
• 单击此处编辑母版副标题样式
200℃时的烟气密度：
m m.0
T0 T 273 0.756(kg / m 3 ) 273 200
12
22.4 1.325(kg / m 3 )
• 单击此处编辑母版副标题样式
相邻流体层间分子的内聚力阻碍其相对滑动

《热工基础与设备》第01章-窑炉气体力学-120页PPT资料

05.01.2020
14
流体的基本性质和力学模型
§1.2 流体流动特征量
温度（ ℃ ，K）
压力（Pa ，N/m2 )
绝对压强P 相对压强Ps
PPa 0 正压 PPa 0 负压 PPa 0 零压
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15
流体的基本性质和力学模型
流速与流量
m/s,Nm /s
f
uF
d
dy

f F
分析：阻力耗能
d dy
阻力耗能
d dy
** 温度对流体粘度的影响
理想流体和实际流体
u

d
dy
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11
粘性流体所产生的内摩擦力由牛顿粘性定律确定: τ=μdω/dy （N/m2）
式中 dω/dy：速度梯度，1/s； τ：剪切(应)力，N/m2； μ：粘度，也称动力粘度系数，N·s/m2即 Pa·s。
9
在已往的液体计算中，极少考虑大气的浮力，而在窑炉中所存在的热气体进行计算时，务必要考虑气体所受的浮力。
例如：在20ºC大气中对于1m3密度为 0.5kg/m3的热气体自重仅为 4.9N ，浮力则为 11.8N ，故不能忽略。
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流体的基本性质和力学模型
流体的粘滞性及内摩擦定律（牛顿定律）
μ0和C值见表1.1。
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表1.1 各种气体的μ0和C值
气体
空气
N2 O2 CO2 CO
H2 CH4 C2H4 NH3 SO2 H2O 发生炉煤气燃烧产物
μ0×107 （Pa·s）
1.71 1.66 1.87 1.37 1.66 0.84 1.20 0.96 0.96 1.17 0.82 ~1.45 ~1.47

热工基础与窑炉分析

图1.6 动压头之间的转换
例4 如图1.7所示倒焰窑，高3.2m，窑内烟气温度为1200℃，烟气标态密度ρf,0=1.3kg/m3，外界空气温度20℃，空气标态密度ρa,0=1.293kg/m3，当窑底平面的静压头为0Pa，-17Pa，-30Pa时，不计流体阻力损失，求三种情况下，窑顶以下空间静压头，几何压头分布状况。
图1.7
解：根据题意分析，由于窑炉空间气体流速不大，可近似采用两气体静力学方程式进行计算。选择截面如图，基准面选择在窑顶II－II截面上。列出静力学方程式
hs1 +hg1 = hs2 +hg2 由于基准面取在截面II上，hg2= 0 代入具体公式进行计算：
hg1 = Hg(ρa-ρf) ρa = ρa,0·T0/T = 1.293×273/293 = 1.20kg/m3 ρf = ρf,0·T0/T = 1.30×273/1473 = 0.24kg/m3 hg1 = 3.2×9.81×(1.20-0.24 )= 30Pa
图1.5 热气体在垂直管道中运动时压头间的相互转换 a.由上向下运动；b.由下向上运动
＊当热气体由上向下运动时气体在管道内由II－II截面I－I截面流动的柏努利方程式
hs2 + hg2 + hk2 = hs1 + hg1 + hk1 + hl2-1 管道截面未发生变化 hk2 = hk1 又基准面取在II－II截面上，hg2=0。 ∴ hs2 = hs1 + hg1 + hl1-2
图1.7b所示。其能量总和为：hs+hg=c2 =13Pa 在第三种情况下，窑炉空间的静压头、几何压头分布如
图1.7c所示。其能量总和为：hs+hg=c3 =0

第一章-气体力学基础

T
T0
T T0 0

0
T0 P TP0
工业窑炉(P≈P0):

0
T0 T
T0、P0、ρ0 标态时温度、压力、密度
②压缩性
定义：气体受压力作用时，体积缩小，密度增大的性质。
温度一定, P ↑, V ↓
气体的压缩性很大。从热力学中可知，当温度不变时，完全气体的体积与压强成反比，压强增加一倍，体积减小为原来的一半；当压强不变时，温度升高1℃体积就比 0℃时的体积膨胀1/273。
单流体静力学基本方程式的推导
设有一静止气体体，从其中任意划出一垂
直气柱如图所示，p1、p2 ––分别为高度为
H1及H2处的压强。
P0
P1A
H
G
H1 P2A H2
图静力学基本方程的推导
垂直方向上作用于气柱上的力进行分析有：
下底面所受的向上总压力：p2 A；上底面所受的向下总压力：p1 A；整个气柱的重量：G＝ρgA(H1－H2) 若规定向上的力为正，向下的力为负，在静止液体中，上述三力之合力应为零，即：
牛顿流体: 内摩擦力与速度梯度成直线关系非牛顿流体: 内摩擦力与速度梯度成非直线关系
1.3 气体静力学基本方程
作用在气体上的力
①质量力：作用在流体内每一个质点上的力，它的大小与流体的质量成正比。（重力）。
②表面力：作用在被研究流体表面上的力，它的大小与流体的表面积成正比。
表面力可分为切向力（内摩擦力）与法向力（压强产生的总压力）。
流体具有流动性固体没有流动性
流体的连续性假设
①连续介质假设流体看成是由大量的连续质点组成的连续的介质，每个质点是一个含有大量分子的集团，质点之间没有空隙。

气体力学及其在窑炉中的应用

山东理工大学教案注：教师讲稿附后第一章气体力学及其在窑炉中的应用气体力学是从宏观角度研究气体平衡及其流动规律的一门科学。

硅酸盐窑炉中的气体有多执而主要的是烟气和空气。

它们起着载热体、反应剂、雾化剂等的作用。

纵观整个窑炉工作过程，从燃料的气化、雾化、燃烧加热制品，余热回收直到烟气排出，自始至终都离不开气体流动。

本章研究的中心问题就是气体流动。

气体流动与窑炉的操作和设计有密切关系。

如气流的流动形态、速度和方向对热交换过程有影响，气流的混合对燃料燃烧过程有影响，气流的分布对炉温、炉压的控制有影响，气流的压强和流动阻力对排烟系统和装置构设计有影响等等。

窑炉中的气体流动过程常伴随有燃烧、传热、传质以及某些化学反应。

它们对气体流动有一定的影响。

本章的叙述暂不考虑这种影响，只讨论气体流动本身的规律。

本章应掌握重点内容：1、流体力学的基本概念（理想气体、滞止状态、临界状态、马赫数、音速等等）2、流体稳定流动时的计算（连续性方程、能量方程、动量方程）3、牛顿内摩擦定律，雷诺准数4、阻力计算5、渐缩管、拉法尔管的流动特性6、烟道与喷射器的计算与设计第一节气体力学基础气体力学是流体力学的一个分支，流体力学的一些基本定理同样适用于气体力学。

在流体力学中讨论液体居多，而在硅酸盐窑炉内流动的主要是热气体。

它的某些性质与液体不同，甚至与常温气体亦有别。

所队在研究气体力学之机必须先熟悉气体的性质。

本节从最简单的理想气体入手，虽然真正意义的理想气体并不存在，但对理想气体的研究对解决实际问题有着重要的指导意义。

一、气体的物理属性气体的物理属性对其流动规律有很大影响，主要了解它的力学和热学性质。

(一)理想气体状态方程PV=mRT 或 P=ρRT式中 P ——气体的绝对压强，N ／m 3或Pa ； V ——气体体积，m 3；P ——气体的密度，kg ／m 3; T ——气体的绝对温度，K ；R ——气体常数，J ／kg ·K,注意：此处R 气体常数，R=8314.3/M,（M 为气体分子量），8314.3称为通用气体常数。

第一章窑炉气体力学

为运动粘度系数。
气体粘度与温度之间的关系表示为：
μt=μ0 [(273+C)/(T+C)](T/273)3/2 Pa·s 式中 μt：在t℃时气体的粘度，Pa·s；
μ0：在0℃时气体的粘度，Pa·s； T ：气体的温度，K； C ：与气体性质有关的常数。几种气体的μ0和C 值见表1.1。
表1.1 各种气体的μ0和C值
气体
空气
N2 O2 CO2 CO
H2 CH4 C2H4 NH3 SO2 H2O 发生炉煤气燃烧产物
μ0×107 （Pa·s）
1.71 1.66 1.87 1.37 1.66 0.84 1.20 0.96 0.96 1.17 0.82 ~1.45 ~1.47
C(K)
114 118 138 239.7 118 71.7 198 225.9 377 416 673 ~150 ~170
密度明显下降，因此在窑炉的热工计算中，不能忽略气体体积和气体密度随温度的变化。
二、气体粘度与温度之间的关系
粘性流体所产生的内摩擦力由牛顿粘性定律确定 τ=μdu/dy N/m2
式中 du/dy：速度梯度，1/s； τ：剪切力，N/m2； μ：粘度，也称动力粘度系数，N·s/m2即Pa·s。在流体力学计算中，也经常用 υ=μ/ρm2/s，υ
υ/T=常数，ρT=常数，
υt/υ0=Tt/T0，Vt /V0=Tt /T0，
ρt/ρo=To/Tt
例1 将1000m3，0℃空气送入加热器中加热，标况下空气密度为1.293kg/m3，求加热至250℃时气体的体积和密度。
解：Vt=V0Tt /T0=1000×523/273=1916 m3 ρt=ρ0T0 /Tt=1.293×273/523 =0.67 kg/m3 由此可知，空气经过加热后体积明显增加，

1-1 气体动力学基本方程解析

u u u 0 x y z t
单位时间内通过控制面的气体净质量单位时间控制体内气体质量变化
13

0 若气体是不可压缩的，ρ为常数，则有： t
几个基本概念：
稳定流动与不稳定流动
流体流动时，若任一点处的流速、压力、密度等与流动有关的流动参数都不随时间而变化，就称这种流动为稳定流动。反之，只要有一个流动参数随时间而变化，就属于不稳定流动。
5
流速：流体在流动方向上单位时间内通过的距离称为流
速，用u表示，其单位为m/s。
流量：体积流量：流体在单位时间内通过流通截面的体积量，用V表示，其单位为m3/s；质量流量：流体在单位时间内通过流通截面的质量，用
的问题，所谓一维流动是指流动参数仅在一个方向上有
显著的变化，而在其它两个方向上的变化非常微小，可
忽略不计。例如在管道中流动的流体就符合这个条件。
15
稳定态
单位时间控制体内气体质量变化
=0
F1
F2
2
u2
u1 1
对于稳定态一元流（管流）而言，如具有一个入口断面
F1和一个出口断面F2的稳定态管流。
单位时间内通过控制面的气体净质量单位时间控制体内气体质量变化
10
V dF
θ
n
u
+
=0
1）连续性方程的微分形式
V udF
F
m V
单位时间内通过控制体的气体净质量：
在dt时间内沿x轴、y轴和z轴方向气体净质量为：
质量流量
( u )dxdydzdt x
( u )dxdydzdt y
以便使气体仍然充满整个控制体的空间，此时净流出质量应等于气体质量变化；

热工基础复件第一章

对具有一个入口断面F1和一个
出口断面F2的稳定态管流在1-1截面,气体质量流量 m1=F1ω1ρ1 在2-2截面,气体质量流量 m2=F2ω2ρ2
1.1.2 气体动力学基本方程式
稳定流动时，单位时间内通过Ⅰ截面和Ⅱ截
面的质量流量相等 F1ω1ρ1=F2ω2ρ2 若气体为不可压缩气体ρ1=ρ2 ∴F1ω1=F2ω2=V=常数 m3/S
单位J/m3
hL = (hf+hf)—压头损失(阻力损失)
1.1.2 气体动力学基本方程式
压头损失是能量消耗,减少能量损失也就是减
少动力消耗.一般局部阻力损失大于摩擦阻力损失,所以减少阻力损失应从减少局部阻力损失着手.途径“圆、平、直、缓、少” 压头损失的应用：确定送风、排烟设备；判断窑炉的工作情况
1．1气体力学基础
1.1.1气体的物理属性 1. 理想气体状态方程:PV=mRT或P=ρRT 式中 R=8314.3/M(J/kmol· k) 2. 气体的膨胀性和压缩性：当P一定，T↑，V↑∴窑内气体具有膨胀性；当T一定,P↑, V↓∴窑内气体具有压缩性。窑炉系统中，气体在流动过程中压强变化≯5％，虽然整个系统的温度变化较大，但若分段处理，每一段的温度变化也不大，以致于气体的密度变化不大（ ≯20%），故窑内气体可看成不可压缩气体不可压缩气体的特点：ρ=const
1.烟囱的工作原理:是由于烟囱内的热烟气受
到大气浮力的作用, 使之由下而上自然流动,在烟囱底部形成负压,而使窑内烟气源源不断地流入烟囱底部
第三节烟囱和喷射器
列1-1截面和2-2截面的二流体柏式方程

表示单位体积的烟气在窑炉系统中的总能量损失或称总阻力,包括摩擦阻力、局部阻力、气体动压头及几何压头增量

无机材料热工基础习题库

“无机材料热工基础”课程习题库第一章气体力学在窑炉中的应用思考题1.窑炉系统气体流动有何特点？将伯努利方程应用于窑炉系统的气体应注意哪些条件?二气流伯努利方程有什么特点?2.窑炉系统内的“窑压”大小与哪些因素有关?在生产实践中是如何调窑压的？窑压大小对生产过程由什么影响。

3.在窑炉系统中气体垂直流动时的分流法则是什么?，此法则的适用条件是什么?4.音速、马赫数Ma都是表示气体可压缩程度的参数，二者之间有何不同?5.为什么亚音速气流无论在多长的收缩管道中流动都不能获得超音速气流?6.在超音速流动中，速度随断面积增大而增大的物理实质是什么?7.亚音速气流在缩—扩喷嘴中流动获得超音速的条件是什么?8.烟囱的“抽力”与哪些因素有关?若烟气的温度相同、同一座烟囱的抽力是夏季大还是冬季大?9.若烟气与环境气温都不变，烟囱的抽力是晴天大还是雨天大?为什么?10.为什么同样规模的烟囱在沿海地区能正常工作而在内地高原地区却达不到原有的排烟能力?11. 家里燃气灶的结构如何？燃气灶的一次空气量吸入原理是什么？如何调节一次空气量的大小？作业题1.热气体在一垂直的等直径管内自下而上流动，管内气体的平均温度为500℃，管外空气温度为20℃。

试求2—2截面上的静压并画出相应的压头转换图。

设1—1截面在上方，1—1与2—2截面之间的距离为10m，压力损失为6Pa。

2.某窑炉的窑墙厚为240mm，窑墙上下各有一个直径为200mm的小孔，两个孔间垂直距离为lm，窑内气体温度为1000℃，烟气标态密度为1.32kg/Nm3，外界空气温度20℃，窑内零压面在两个小孔垂直距离的中间。

求通过上下两个小孔的漏气量。

3.压缩空气从装有一管嘴的气罐中流入大气，气罐中的压力p1=7×105Pa，温度20℃，求流出速度（Pa=1.05×105Pa，管嘴速度系数 =0.9）；(1) 管嘴为收缩管；(2) 管嘴为拉伐尔管。

4. 已知烟囱高度35m，上口直径1m，流速为2 Nm/m，烟囱下口直径为上口直径的两倍，烟囱内烟气平均温度为273℃，烟气在烟囱内流动时摩擦阻力系数为0.05，烟囱外界温度20℃，密度1.20kg/m3，求烟囱底部的负压。

第一章气体力学在窑炉中的应用综述

1 2
e1 e2
29
2 w12 w2 p1 gz1 p 2 gz2 2 2
J / m3
单流体伯努利方程
等温流动沿途有阻力损失， hL
2 w12 w2 p1 gz1 p 2 gz2 hL 2 2
30
二流体伯努利方程：
F F F

气体质量流量
1 w1 F1 2 w2 F2 m

不可压缩流体：密度近似为常数质量方程：
w1F1 w2 F2 V
.
（1-18）
21
V——气体的体积流量，m3/s

例：当流体在管道内作稳定流动时，通过管道任一截面的质量流量都相等，
故 Ⅰ-Ⅰ，Ⅱ-Ⅱ，Ⅲ-Ⅲ断面处：
对于稳定态一元流动，气体的热力学参数在断面上均匀
p1 u2 u2 Q ( gz2 e2 ) 2 udF udF ( gz1 e1 ) 1 udF udF Lm F2 F2 2 F1 F1 2 2 1 p2
2 w2 p1 w12 Q m 2 ( gz2 e2 ) 2 m 2 m 1 ( gz1 e1 ) 1 m 1 Lm 2 2 1 2

0
—运动粘度，
m2 / s
t —T的关系
C
— 查表1－1
t 0 (
273 C T 1.5 )( ) T 273 273
11
空气、淡水和海水在不同温度下的ρ、ν
12
想一想：为什么随着温度的升高，液体的粘度减小，而气体的粘度增大？
13
（四）空气的浮力
阿基米德浮力原理，单位体积气体在空气中浮力 a g 合力：液体：

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试求2—2截面上的静压并画出相应的压头转换图。

设1—1截面在上方，1—1与2—2截面之间的距离为10m，压力损失为6Pa。

求通过上下两个小孔的漏气量。

第一章窑炉气体力学.

热工基础与设备第1章-气体力学

1.1 气体力学基础

气体力学在窑炉中的应用

第一章 窑炉气体力学小结

气体力学基础

1气体力学解析

第一章 气体力学在窑炉中的应用

1.1气体力学在窑炉中的应用

《热工基础与设备》第01章-窑炉气体力学-120页PPT资料

热工基础与窑炉分析

第一章-气体力学基础

气体力学及其在窑炉中的应用

第一章窑炉气体力学

1-1 气体动力学基本方程解析

热工基础复件 第一章

无机材料热工基础习题库

第一章 气体力学在窑炉中的应用综述

无机材料热工基础习题库

第一章窑炉气体力学小结

第一章气体力学在窑炉中的应用

热工基础复件第一章

第一章气体力学在窑炉中的应用综述