1、气体力学在窑炉中的应用解析

1.1.1.2 气体的压缩性和膨胀性
1、 气体的压缩性 定义：流体在外力作用下改变自身
容积的特性。
表示：
1 dV p V dp
(
温度一定,P ↑, V ↓
1 )or(m 2 / N ) Pa
压缩系数β
p
：当温度不变时，压强每增加1帕时，
流体体积的相对变化率。
气体— 压缩系数很大，为可压缩流体 理想气体：
p0 V V0 p
特殊情况：压强 变化较小时视为 不可压缩
或
p1 V2 V1 p2
温度一定，P↑—— V↓ 理想气体的压缩系数 ： 标态： p
1 10 5 101325
1 p p
在无机材料工业窑炉中： 窑炉中的气体可看作是不可压缩气体； 在某些高压喷嘴中，应将气体视作可压缩气体。
1.1
气体力学基础
1.1.1 气体的物理属性 1.1.1.1 理想气体状态方程
在温度不过低（T>-20℃），压强不过大（p<200atm） 时，气体遵守理想气体状态方程 pv=RT 其中，R=8314.3/M , J/kg.K; P—气体的绝对压强 ， Pa； T —气体的温度， K； v —气体的比容，m3/kg
压强一定，T↑—— V ↑ 理想气体膨胀系数:
1 T T
标态:
1 1 T 273 .15 273
1.1.1.3 气体粘性
1、定义： 气体内部质点或流层间因相对运动而产生内摩擦力以 反抗相对运动的性质
2、粘性产生原因
相邻气体层间分子的内聚力阻碍其相对滑动， 即分子间吸引力。 粘性产生 原因 气体内部分子的紊乱运动，使两层流体间有 分子相互掺混产生动量交换。（主要原因）
5、粘度与温度的关系
（1）影响粘度的因素 液体：主要取决于分子间的内聚力。 温度T增大， 分子间距增加，内聚力减小，黏度降低。 气体：主要取决于分子紊乱运动，温度T增大，分子
热运动增强，黏度增大
（2）气体的粘度与温度的关系：
273 C T 1.5 t 0 ( )( ) T C 273
动力粘度


dw dy
单位:N.s/m2或 kg/m.s或Pa.s
绝对粘度
运动粘度

单位：m2/s
•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。
4、混合气体的粘度
计算公式：
式中，n——混合气体的种类数；
μm——混合气体的粘度；
Mi、αi、μi——混合气体中各组分的分子量、体积百分数、 粘度。
2、气体的膨胀性
定义: 流体受热（或冷却）后改 变自身容积的特性 表示: T
1 dV V dT
气球受热 膨胀
(1/K)
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
理想气体:
V
V0 273 t T V0 V0 (1 T t ) T0 273
1.1.2 气体动力学基本方程式
★质量守恒原理——连续性方程 ★热力学第一定律——能量方程（柏努利方程）
★牛顿第二定律——动量方程
1.1.2.1 连续性方程 在流场中取微元六面体，根据质量守恒定律， 推出空间流动的连续性方程。
u x u y u z 0 x y z
对于管流
在管路没有泄漏和补充的情 况下,在同一时间内，流进任 一截面的流体的质量和从另 一截面流出的流体质量相等。 Σ Mλ =Σ M出
表达式
A1w1ρ1=A2w2ρ2=Awρ
A1 w1 A2 w2 Aw
对不可压缩流体， 为常数
1.1.2.2 伯努利方程
流体的能量分析
机械能
势能 压力能
动能
单位体积流体 所具有的能量
能量除以流体体积 即得相应压头 压头
动压头
几何压头
静压头
hk
1 w 2 hg z( a ) g 2
hs p
1.伯努利方程
（1）理想流体的伯努利方程
理想流体在变截面和管道中等温而稳定地缓变流动 任意取两个截面1-1和2-2，如图: 据能量守恒定律可得：
C—与气体性质有关的常数，见表1-1
1.1.1.4 气体的浮力
液体：一般可不考虑其在气体浮力的作用 气体：考虑其气体浮力的影响。
例如：在空气中有两个同样大小的流体柱（高10m,截面 积为1m2）
已知空气 1.2kg / m3. 热 但： 烟 水柱重： 1011000 9.8 98100 N 气 气柱重： 101 0.6 9.8 58.8 N 烟气 0.6kg / m3 则水和空气的浮力相同 ： 1011.2 9.8 117.6 N 98100 N 117.6 N , 水 对于水柱，气体浮力可 以忽略。 58.8 N与117.6 N同数量级， 不可以忽略 水 1000kg / m3 对于烟气柱，气体浮力
神八飞船返回舱在内蒙古四子王旗着陆
表面受气体 摩擦灼烧现 象明显
牛顿内摩擦定律: 运动流体的内摩擦力的大小与两层流体之间的速度 梯度成正比。 单位面积上的内摩擦力:
f dw F dy
动力粘度
速度梯 度
μ- 动力粘度或动力粘滞系数。 单位:N.s/m2或kg/m.s或Pa.s
3、 绝对粘度与相对粘度
方程适用条件： 可压缩流体，恒定流和非恒定流。
讨论
u y u x u z 0 x y z
（1）对于定常流动: 运动参数不随时间变化，则 0
u y u x u z wenku.baidu.com 0 x y z
（2）对于不可压缩流体，ρ=常数
u y u x u z 0 x y z
第1章
气体力学在窑炉中的 应用
1.0
概述
一、气体力学概念
气体力学是从宏观角度研究气体平衡和流动规律的一门 学科。
二、研究气体力学意义
1、气体在工业窑炉中的作用
载热体、反应剂、雾化剂
2、气体流动与工业窑炉的操作与设计密切相关 主要有：气体的流动状态、速度、方向对热交换过程的影 响；气流的混合对燃烧的影响；气流的分布对炉温炉压的影 响。
p1 w p2 w z1 z2 g 2 g g 2 g
不可压缩的理想流体在等温流动过程中， 在管道的任一截面上，流体的静压能、 位能及动能之和是不变的。 三者之间可以相互转化