第一章窑炉气体力学.

ρa=1.293×273/293=1.21kg/m3
ρf =1.30×273/(273+1000)=0.28kg/m3 根据基本方程式求出气体压强：
pa1=pa2-ρagH=101325-1.21×9.81×0.7=101317Pa
pf1=pf2-ρfgH=101325-0.28×9.81×0.7=101323Pa 距窑底0.7m处相对压强
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 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
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， 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
＊恒温条件下， T=常数 pυ=常数，p/ρ=常数 p1 /p2 =υ2 /υ1 =ρ1 /ρ2 ＊ 恒压条件下， p=常数 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。
例3 如图，风机吸入口直径200mm， 压力测量计测得 水柱高度40mm， 空气密度1.2kg/m3， 不计气体流动过 程的能量损失，求风机的风量？
解：选取图中I－I、II－II截面，列出柏 努利方程式： p1+ρgz1+ρu12/2=p2+ρgz2+ρu22/2+hl1-2 因I、II截面处于同一高度，有z1=z2； 空气静止u1=0；不计压头损失，hl1-2=0， 得到：p1=p2+ρu22/2 因为P1为大气压强，p2=p1-40×9.81=p1-392.4， 所以有 ρu22/2 =392.4，u2=(392.4×2/1.2)0.5=25.6m/s 流量qv=uF=25.6×(π/4)×0.22=0.804 m3/s。
第一章 窑炉气体力学
本章要点：
窑炉气体力学用来研究窑炉工作过程中气体的宏观物理 与化学行为。本章的研究中心问题是气体流动。只有了解了 气体的特性，才能把流体力学的知识准确地应用于窑炉系统 的气体力学研究中。
第一章 窑炉气体力学





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pf1-pa1=101323-101317=6Pa。
二、连续性方程式
连续性方程式表示为： 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， 图1.2 流体在管道中的流动 II－II，III－III断面处：
f1u1ρ1=f2u2ρ2=f3u3ρ3=常数
对于不可压缩气体，ρ不变，故 f1u1=f2u2=f3u3=qv=常数 式中： qv：气体的体积流量，m3/s。 上式还可写成： u1/u2=f2/f1 即气体流速与截面面积成反比。
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 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 C值适用的温度范围 (℃) 0~300 50~100 17~186 －21~302 15~100 －21~302 17~100 －21~302 15~184 18~100 － － －
气体的主要特征 气体力学基本定律 气体运动过程中的阻力损失 气体的流出 可压缩气体的流动 流股及流股作用下窑内气体运动 烟囱与喷射器 流态化原理
§1 气体的主要特征
一、理想气体状态方程 对于理想气体，温度－压强－体积之间的 关系可以用理想气体状态方程式表示： pV=nRT 由于 n=m/M，公式又可写成: pV=(m/M)RT
例2：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？
例2
解：根据公式ρt /ρo=To /Tt，则烟气、空气分别在 1000℃、20℃时的密度：
空 气 N2 O2 CO2 CO H2 CH4 C2H4 NH3 SO2 H2O 发生炉煤气 燃烧产物
三、气体所受的浮力
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。 例如：对于1m3密度为0.5kg/m3的热气体自重 仅为4.9N，浮力则为11.76N，故不能忽略。
§2 气体力学基本定律
一、静力学基本方程式
重力场作用下的静止流体，将欧拉平衡微分方程 式在密度不变的情况下进行积分求解，得到静力学基 本方程Leabharlann Baidu：
p+ρgz=常数
对处于平衡状态流体内的1、2点， p1+ρgz1= p2+ρgz2 为应用方便，上式可写成： p1=p2+ρg（z2－z1）=p2－ρgH
由于平均流速计算的动压头与各流线动压头的
平均值不等，为此应该引入修正系数a。
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：
2 ρ u 1 = p +ρgz +a p1+ρgz1+a1 2 2 2 2
2 ρ u 2 +h l1-2 2
a=2（圆管层流）；a=1.03－1.1（圆管湍流）
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(u2/2)=0 积分得： p+ρgz+ρu2/2=常数 对于同一流线上1、2两点，柏努利方程式可表示为：
p1+ρgz1+ρu12/2=p2+ρgz2+ρu22/2
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： p1+ρgz1+ρu12/2=p2+ρgz2+ρu22/2+h l1-2