第一章气体力学在窑炉中的应用资料

系统中烟气近似于外界大气压。流速远低于音速，压强变化小（不
超过0.5%），虽然整个系统的温度变化较大，但若温度分段处理， 使气体密度变化≤20%，可视为不可压缩流体。
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(三）气体的粘性
有关粘性的几个认识：

粘性是流体抵抗变形的能力。 一切流体都具有粘性，是流体固有的特性。 粘性剪切应力是粘性的具体表现。流体的粘性只有在运 动的流体中才表现出来。 不考虑粘性作用的流体称为无粘性流体或理想流体，考 虑粘性作用的流体成为粘性流体。
距离底0.7m处相对压强：
p f 1 pa 2 101323 101317 6Pa
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质量方程 （★ ）：
单位时间内通过控制面的气体净流出量+单位时间控制体内气体质量变化=0
ndF + V F
dV 0
V
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（一）稳定态一元流（管流）质量方程
ndF 2 dF 1 dF 22 F2 11 F1 0
a gV
(N )
重力的大小：
gV
(N )
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二、气体动力学基本方程
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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式：
p gz const
处于平衡状态流体内的1、2点：
p1 gz1 p2 gz2
或写成，
( a ) g
a
，通常不考虑浮力的影响。
气体（窑炉热气体），
a
浮力>重力。窑炉系统中的热气体在没有外界机械能加 入的情况下，具有自下而上自然流动的趋向。
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例：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。 浮力方向：自下而上，与重力相反。 浮力的大小：
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（二）气体的膨胀性、压缩性
气体的比容

1

m3/kg
1 K
膨胀系数
1 d T dT
1 d P dP
压缩系数
m2 N
气体的体积弹性模量
E
1
P

dP dP d d
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气体的膨胀系数和压缩系数的大小与膨胀或压缩过程的特性有关， 还与热量传递的多少有关，是一个变化量。

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—剪切应力， N / m 2 —速度梯度，
d dy
，Pa
1/ s
—动力粘度，表示面积各为1m2并相距
1m的两平板，以1m/s的速度作相对运动 时，因之间存在的流体互相作用所产生
牛顿内摩擦定律
d dy
（1）流体受剪切运动必定流动；
（2）静止的流体中剪切应力为零。
的内摩擦力。单位N· s/m2 （Pa· S）
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解：根据公式
t T0 0 Tt
则烟气、空气在1000℃,20℃时的密度分别为：
f 1.30 273/(273 1000) 0.28kg / m3 a 1.293 273/(273 20) 1.21kg / m3
根据基本方程式求出气体压强：
pa1 pa 2 a gH 101325 1.21 9.81 0.7 101317 Pa p f 1 p f 2 f gH 101325 0.28 9.81 0.7 101323 Pa
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第一节 气体力学基础
一、气体的物理属性
状态方程、膨胀性与压缩性、粘性/浮力
（一） 理想气体状态方程
PV mRT
或
P RT
R 8314 .3 M
R——J/Kmol.k，M——Kg/Kmol
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例：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：
p1 p2 g ( z2 z1 ) p2 gH
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例：如图所示的窑炉，内部充满热烟气，温度为 1000℃，烟气标态
密度 f ,0为1.30kg/m3，窑外空气温度20℃，空气标态密度
底0.7m处窑内、外气体压强各多大？其相对压强多大？
a,0
为
1.293kg/m3，窑底内外压强相等，均为1atm(101325Pa)。求距离窑
理想气体的多变过程参数关系由多变过程（有热量传递时，气体的膨胀或压 缩过程）方程给出。
pV
n
p

n
＝常数
n
q / e
1 q / e

cp cV
TV n1 T 1n ＝常数
q
e
Fra Baidu bibliotek
加给系统的热量 系统内气体的内能增量
T n p1n ＝常数
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气体膨胀性、压缩性比液体大得多，属于可压缩流体。但窑炉


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
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空气、淡水和海水在不同温度下的ρ、ν
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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？
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（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：
材料工程基础
材料成分、制备工艺、组织结构及材料性能这四大要
素及其相互关系是当今材料科学与工程研究的主要任务。
本课程围绕材料制备过程中的工程实际，以物理化学 过程中的三传（质量、动量、能量），介绍相关的工程 理论、工程应用和工程研究方法。
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第一章 气体力学在窑炉中的应用
气体力学：宏观上研究气体平衡、流动规律的学科
• 气体流动与窑炉操作、设计关系密切 • 气体流动状态、速度方向对热交换过程影响 • 气流混合对燃料燃烧影响 • 气流的分布对炉温、炉压影响
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本章节主要内容：
第一节 气体力学基础 1、气体的物理属性 状态方程、膨胀性与压缩性、粘性、浮力 2、气体动力学基本方程 质量方程、能量方程、动量方程 第二节 窑炉内的气体流动 1、不可压缩气体的流动 窑炉流出、流入；分散垂直气流法则 2、可压缩气体的流动 通过渐缩喷嘴；通过拉伐尔喷嘴
p0V0 mRT 0 ptVt mRT t
（ 1 ） （2）
等压过程，pt=p0
（ 1） V0 T0 得， （2） Vt Tt
Vt
V0Tt
T0
t
1000 (273 250) / 273 1916m3
t 0T0 T 1.293 273/(273 250) 0.67kg / m3