气体力学原理

1 气体力学原理

目前大部分冶金炉(除电炉外)热能的主要来源就是靠燃烧燃料来供给的。燃料燃烧需要供入炉内大量空气,并在炉内产生大量的炉气。高温的炉气就是传热的介质,当它将大部分热能传给被加热的物料以后就从炉内排出。

气体在炉内的流动,根据流动产生的原因不同,可分为两种:一种叫自由流动,一种叫强制流动。

自由流动就是由于温度不同所引起各部分气体密度差而产生的流动;

强制流动就是由于外界的机械作用而引起的气体流动,如鼓风机鼓风产生的压力差。

1、1 气体的主要物理性质与气体平衡方程式

1、气体的主要物理性能

液体与气体,由于分子间的空隙比固体大,它们都不能保持一定的形状,因而具有固体所没有的一种性质——流动性。

液体与气体统称为流体。

由于液体与气体具有流动性,因而它们能将自身重力与所受的外力按原来的大小向各个方向传递,这就是气体与液体的共同性。

气体与液体又各自具有不同的特性:

⑴液体就是不可压缩性流体(或称非弹性流体);气体就是可压缩性流体(或称弹性流体)。

在研究气体运动时,应注意气体的体积与密度随温度与压力的变

化,此为气体区别于液体的一个显著特性。

⑵液体在流动过程中基本不受周围大气的影响;气体在流动过程

中受周围大气的影响。

气体的主要物理性能如下:

⑴ 气体的温度

温标就是指衡量温度高低的标尺,它规定了温度的起点(零点)与

测量温度的单位。

目前国际上常用的温标有摄氏温标与绝对温标两种:

a 、摄氏温标:

在标准大气压下(760mmHg),把纯水的冰点定为零度,沸点定为

100度,在冰点与沸点之间等分为100个分格,每一格的刻度就就是摄

氏温度1度,用符号t 表示,其单位符号为℃。

b 、绝对温标:

即热力学温标,又名开尔文温标,用符号T 表示,其单位符号为K 。

这种温标就是以气体分子热运动平均动能超于零的温度为起点,定为

0 K,并以水的三相点温度为基本定点,定为273、16K,于就是1 K 就就是水的三相点热力学温度16

.2731。 绝对温标与摄氏温标的关系:

T ＝273、15+ t K

气体在运动过程中有温度变化时,气体的平均温度常取为气体的

始端温度t 1与终端温度t 2的算术平均值,即:

⑵气体的压力

a、定义: 由于气体自身的重力作用与气体内部的分子运动作用,气体内部都具有一定的对外作用力,这个力称为气体的压力。

气体压力就是气体的一种内力,它就是表示气体对外作用力大小的一个物理参数。

b、压力的单位

在工程单位制即米制中,气体的压力大小有以下三种表示方法: ①以单位面积上所受的作用力来表示,例如:公斤/cm2(kgf/cm2)或

公斤/m2(kgf/m2)。

②用液柱高度来表示:例如米水柱(mH2O)、毫米水柱(mmH2O)与

毫米汞柱(mmHg)。

③用大气压来表示:

大气重量对地球表面上所造成的压力称为大气压力,常用单位就是mmHg。

大气压力的数值随着所在地区海拔高度的升高而降低。

国际上规定:将纬度45°海平面上测得的全年平均大气压力760mmHg定为一个标准大气压,或者称为物理大气压,它与其它压力单位的换算关系就是:

1标准大气压(atm)=760mmHg=1、0332 kgf/cm2=10332 kgf/m2

=10332mmH2O

工程上为了计算方便,规定1 kgf/cm2作为一个工程大气压,简称气压(at),则:

1工程大气压(at)＝1 kgf/cm2=10000 kgf/m2=10 mH2O

=10000 mmH2O=735、6mmHg

由此可得l mmH2O=1 kgf/m2

l mmHg =13、6 mmH2O

在国际单位制中,压力的单位就是帕斯卡,简称帕,其代号为Pa。l 帕斯卡就是指1 m2表面上作用1牛顿(N)的力,即:

1Pa=l N/m2

1kPa=1000 N/m2

1MPa=106 N/m2

米制与国际单位制压力换算关系如下:

1标准大气压=1、0332 kgf/cm2=101325Pa=101、325kPa

=0、101325MPa

1工程大气压=l、0 kgf/cm2=98060Pa

=98、066kPa=0、098066MPa

1mH2O =9806、6Pa=9、8066kPa

1mmH2O=9、8086Pa≈9、81 Pa

c、气体的压力与温度的关系

当一定质量的气体其体积保持不变(即等容过程)时,气体的压力随温度呈直线变化,即:

P t = P o(l+βt)

式中:

P t、P o——分别为t℃与0℃时气体的压力;

β——体积不变时气体的压力温度系数。根据实验测定,一切气体的压力温度系数都近似地等于

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1。 d 、绝对压力与表压力

气体的压力有绝对压力与表压力两种表示方法。

以真空为起点所计算的气体压力称为绝对压力,通常以符号绝

P 表示。

设备内气体的绝对压力与设备外相同高度的实际大气压的差称

为气体的表压力,常以符号表P 表示。

表压力与绝对压力的关系为: 绝P ＝表P —大气P

式中:

绝P ——设备内气体的绝对压力;

大气P ——设备外同高度的实际大气压;

表P ——设备内气体的表压力。

⑴当气体的表压为正值时,称此气体的表压为正压;

⑵当气体的表压为负值时,称此气体的表压为负压,负压那部分的

数值,称为真空度;

⑶当气体的表压为零值时,称此气体的表压为零压。具有零压的

面常称为零压面。

1、气体的主要物理性能

⑶ 气体的体积

气体的体积就是表示气体所占据的空间大小的物理参数。