热工基础复件 第一章

第三节 烟囱和喷射器
列烟囱底部和顶部二截面柏努利方程
第三节 烟囱和喷射器
抽力：烟囱底部的负压的绝对值成为抽力。 抽力越大，烟囱的排烟能力越强 上式表明烟囱的抽力是由几何压头形成的，烟囱越 高，烟气的温度越高，空气的温度越低，则烟囱的 抽力越大，反之越小 代入并整理 上式说明烟囱中热气体的几何压头是推动力,它是克
1.1.2 气体动力学基本方程式
质量方程-根据质量守恒原理
能量方程-根据能量守恒原理 动量方程-根据动量守恒原理
状态方程-体现气体性质的状态方程
1.1.2 气体动力学基本方程式
稳态流动与不稳态流动
1.1.2 气体动力学基本方程式
1 质量方程-连续性方程(稳定态一元流)
gz (ρa-ρ) –几何压头,hge表示.重力和浮力的代
数和的位能 物理意义:单位体积的热气体在净浮力的作用 下所具有的位能.J/m3=Pa 沿高度上的分布:上小下大. 基准面设在上方,基准面上hge=0
1.1.2 气体动力学基本方程式
1/2 ρω2—动压头,hk表示
物理意义:单位体积的气体流动时具有的动能
热工基础的主要内容
第一章 气体力学在窑炉中的应用
第二章 传热学 第三章 干燥过程与干燥设备
第四章 燃料燃烧
第一章气体力学在窑炉中的应用
气体力学基础
窑炉系统内的气体流动 气体的输送设备——烟囱、喷射器
第一节 气体力学在窑炉中的应用
1.1 气体力学基础
1.1.1 气体的物理属性 1.1.2 气体动力学基本方程 1.2 窑炉系统内的气体流动 1.2.1 不可压缩性气体的流动 1.2.2 可压缩性气体的流动（自学） 1.3 烟囱 喷射器（自学）
砖烟囱和混凝土烟囱通常是底部直径大的锥形体斜率为12底部内径d212h小型烟囱通常用卷焊成等直径的圆筒形也有用砖砌成方形第三节烟囱和喷射器确定烟囱高度时应考虑到窑炉后期的阻力增大以及窑炉生产能力的提高故对计算值加大1520作为储备能力烟囱高度的近似计算第三节烟囱和喷射器通常只知道烟囱底部的烟气温度烟囱顶部的烟气温度需要根据烟气沿烟囱的高度的温降率表19求出从而求得平均烟气温度t求顶部烟气温度时先按近似计算式求烟囱高度可先将烟囱底部的烟气温度代入求出一个高度的近似值然后按表19求出烟囱顶部的烟气温度和烟气的平均温度t其它条件相同时烟囱的抽力随海拔升高而下降所以同样条件下的烟囱在沿海地区能正常工作但在高原的地区不能正常工作第三节烟囱和喷射器4nms大气压为99805pa0985atm和大气压不符时查得的烟囱高度乘以表110和111的修正系数第三节烟囱和喷射器1为保证各个季节都有足够的抽力计算时应采用夏季时最高温度时的空气密度2如当地的空气湿度较大计算时应采用湿空气的密度3如地处高原和山区应考虑海拔对大气压的影响图1454若附近有飞机场应不妨碍飞机的升降20第三节烟囱和喷射器6要考虑对附近农作物的影响
第三节 烟囱和喷射器
(3)烟囱高度
确定烟囱高度时应考虑到窑炉后期的阻力增
大以及窑炉生产能力的提高,故对计算值加大 15~20%,作为储备能力 烟囱高度的近似计算
第三节 烟囱和喷射器
若考虑当地大气压的影响,烟囱的高度为(近似)
H= 通常只知道烟囱底部的烟气温度,烟囱顶部的
多变过程：气体的膨胀或压缩过程 多变方程：
3 气体的粘性 牛顿内摩擦定律:单位面积上的内摩擦力与流体横 截面积上的速度剃度成正比 (1).动力粘度 粘度的物理意义 表征单位速度梯度作用下流体的剪切力,反应流体 粘滞性的动力学性质.
粘度的单位 国际单位:是Pa•s(帕秒）或 kg/m•s 常用单位:P(泊),cP(厘泊) 1泊=0.1 Pa•s,1P=100cP
2.5m,如图,窑内烟气平均温度为1500℃,烟气 的标态密度=1.32kg/Nm3,窑外空气温度为 30℃碹顶内点为测压点.(1)若要保持液面处的 表压强为5,碹顶的表压强为多大?(2)若测知碹 顶的表压强为20,液面处的表压强是多大?若 为负压,零压面在液面上方何处?
列二流体静力学柏式方程hs1+hge1= hs2+hge2 设2-2截面为基准面,则hge=0, hs2= hs1+hge1=5+9.8×2.5[1.293×273/(273+30)-
积与密度 Vt =V0 (1+βt)=12×(273+1000)/273=56m3 ρt =ρ0[1/(1+βt)] =1.293×273/(273+1000)=0.277kg/m3
6 气体的压强 压强:垂直作用于气体单位面积上的力,称为压力压 强或气体静压力,简称压强.气压变化时,对自然通风 的窑炉影响较大.
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
辽宁大学
热工基础
轻型产业学院 李振荣

Email:lzr0088@
一、本课程特点：
理论性、工程性均很强，内容多 二、本学期教学任务： 气体力学在窑炉中的应用、传热学、干燥、 燃料燃烧计算 三、教学要求及考核方式 作业、出勤及平时成绩 20分 期末考试 80分

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
1.1.2 气体动力学基本方程式
窑内气体和大气相通,炉内气体受外界大气浮力的作 用,对窑炉外的空气相应二截面静力学方程 ρagz1+pa 1 =ρagz2+pa2---(2) (1)-(2)p1-pa1+gz1(ρ-ρa)+1/2ρω12= p1-pa2+gz2(ρ-ρa)+1/2ρω22+hl ∵ρ＜ρa ∴上式改写为 △P1+gz1(ρa-ρ)+ 1/2ρω12= △P2+gz2(ρa-ρ)+ 1/2ρω22+hl---(3) (3)为两流体的柏努利方程,基准面取在上方,基准面 以下的Z为正
（2）.运动粘度
ν 的物理意义: 单位速度梯度作用下的切应力对单位体积
的质量流体作用,产生的阻力加速度. ν 越大,反映流体质点相互牵制的运动学影 响越显著,则流动性越低;反之流动性越好. ν可以用来衡量流体的流动性 运动粘度的单位是: m2/s

4空气浮力:
单位气体的体积在空气中的合力
烟气温度需要根据烟气沿烟囱的高度的温降 率(表1-,先按近似计算式求烟囱高
度,可先将烟囱底部的烟气温度代入求出一个 高度的近似值,然后按表1-9求出烟囱顶部的烟 气温度和烟气的平均温度tm 其它条件相同时,烟囱的抽力随海拔升高而下 降,所以同样条件下的烟囱在沿海地区能正常 工作,但在高原的地区不能正常工作
1.1.2 气体动力学基本方程式
1.1.2 气体动力学基本方程式
1.1.2 气体动力学基本方程式
1.1.2 气体动力学基本方程式
3 稳定态一元(管流)动量方程 根据牛顿第二定律:作用于控制体的外力总合应等于 该系统动量的增量 既
对于稳态流动 → 能量方程和动量方程的共同特点:使用时可以不考虑 界区中进行的过程,只根据界面上的气体参数进行流 量计算. 当压力变化较大时,可用动量方程,不可压缩气体才 可使用柏努利方程
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
第三节 烟囱和喷射器
烟囱高度的近似值也可按图1-44查得 该图条件:ta=30
ρ0=1.32kg/Nm3 ωt=4Nm/s 大气压为99805pa (0.985atm) 当ωt和大气压不符时, 查得的烟囱高度乘以表 1-10和1-11的修正系数
1.1.2 气体动力学基本方程式
二流体柏努利方程各式的物理意义 △P –为某截面气体的表压强,称为静压头hs表示 物理意义:单位体积的气体具有的压力能的大小 单位J/m3=Nm/m3=N/m2=Pa 沿高度上的分布上大下小 凡出口与大气相通处,其静压头 为零
1.1.2 气体动力学基本方程式
1.32×273/(273+1500)]
=5+24.5(1.161-0.201)=28.52(pa) hs1= hs2-hge1=209.8×2.5[1.293×273/(273+30)1.32×273/(273+1500)] =20-23.52=-3.52(pa) 零压面hs0=0, ∴hge0= hs2 9.8×[1.293×273/(273+30)-1.32×273/(273+1500)]z=20 Z=2.125(m) 零压面在液面上方0.375m

第一节
气体力学基础
气体力学：从宏观角度研究气体平衡和流动
规律的一门学科。 窑炉内气体：主要是烟气和空气；特点：低 压，常温或高温—可近似作为理想气体 炉内气体的作用：载热剂、反应剂、雾化剂。 窑内气体流动：从燃料的气化、雾化、燃烧， 生成的高温烟气，余热回收到烟气排除；特 点:不可压缩 流动气体应用：设计和操作窑炉
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
而影响生产. 人工排烟ωT=8～15(Nm/s). 砖烟囱和混凝土烟囱顶部内径≮0.7m砖烟囱顶部 厚度一块标准砖(24cm)
第三节 烟囱和喷射器
(2)底部内径:砖烟囱和混凝土烟囱通常是底部
直径大的锥形体,斜率为1 ～ 2%,底部内径dB dB= dT+2(1 ～ 2%)H (m) 小型烟囱通常用卷焊成等直径的圆筒形,也有 用砖砌成方形
F=(1.293-0.78)×10=5.13N 单位气体的水在空气中的合力 F=(1.293-1000)×10=－9987.07N 空气浮力对液体可忽略不计 热气体在没有外界机械能加入的情况下,具有 自下而上的自然流动趋向

5 几个常用公式
Vt =V0 (1+βt)
ρt =ρ0 [1/(1+βt)] Wt =w0(1+βt) 例:标态下12m3的空气预热到1000℃后的体
结论:不可压缩气体做稳定流动时,横截面积越小 处,流速越大.
1.1.2 气体动力学基本方程式
2 能量方程---柏努利方程 对于不可压缩气体做管流流动时, 1-1截面单位质量气体的能量方程: gz1+p1/ρ+1/2ω12=const ρgz1+p1+1/2ρω12=const ρgz1+p1+1/2ρω12= ρgz2+p2+1/2ρω22+hL---(1) hL -阻力损失(机械能转化 为热能散失于环境) 单一流体的柏式方程
服气体在窑炉中的总阻力( )以及烟气在烟气在烟囱 中的摩擦阻力与动压头增量.后两项较小.
第三节 烟囱和喷射器
2.烟囱的热工计算:包括高度和直径计算 (1)烟囱的顶部直径dT,根据烟气排出量V0(Nm3/s)和 排烟速度ωT(Nm/s)计算:
自然通风时ωT=2.0～4.0(Nm/s).排烟速度过大,烟囱 本身阻力大; ωT太小,容易产生倒风现象使排烟不畅
1.2 窑炉系统内气体的流动
1.2.2不可压缩性气体的流动 气体通过孔口的流出和吸入 气体通过炉门的流出和吸入 分散垂直分流法则 1.2.2 可压缩性气体的流动 可压缩性气体流出的过程特征及一些参数可 压缩性气体的伯努利方程式 可压缩性气体通过收缩管的流动
第三节 烟囱和喷射器
1.1.2 气体动力学基本方程式
柏努利方程：hs1+hge1+hk1= hs2+hge2+hk2+HL
柏努利方程使用条件
(1) 不可压缩流体
(2) 定长流动 (3) 沿流线成立 (4) 质量力有势 (5)无其它能量的输入或输出
1.1.2 气体动力学基本方程式
例1玻璃池窑内玻璃液面至碹顶的空间高度为