烟囱产生抽力的原因

hs1 hs 2
1
1
hk1a hk 2 a
阻力损失
hl (12) a
a
b
2
2
将各项代入，则柏努利方程 变为
hs1a hs 2 a hge2 a hl (12) a
同理对于通道b
hs1b hs 2b hge2b hl (1 2)b
1 1
要使温度分布均匀，必须满足a、b通道 内静压差相等 hs1a hs 2 a hs1b hs 2b 即
1 1
a 2
b 2

分散垂直气流法则：
在分散垂直气流通道内，
1 1
热气体应自上而下流动，才能 够使气流温度分布均匀；
2
a
b 2
冷气体应自下而上流动，才能 够使气流温度分布均匀。

分散垂直气流法则适用范围：
适用于几何压头起主要作用的通道内（如倒焰窑）。
若通道内的阻力很大（如立窑），此法则不再适用。
法则分析：如图
要使温度分布均匀，必须满足a、b通道内静压差相等
即 hge2 a hl ( 21) a hge2b hl ( 21)b 该方程为冷气流自下而上流动时的温度分布均匀条件
结论：保证a、b通道温度分布均匀条件
热气流自上而下流动：hge2 a hl (12 ) a hge2b hl (1 2)b
第二节 窑炉系统中不可压缩气体的流动
一、气体从窑炉内的流入和流出 二、分散垂直气流法则
三、 引导气体流动的设备－烟囱
一、气体Biblioteka Baidu窑炉内的吸入和流出
当正压操作时，P1>Pa , 气体从窑炉内流出。
1
p1 1
2
pa
2
当负压操作时, P1<Pa, 气体从窑炉内吸入。
1
p
2
pa
1
2
1、气体通过的小孔流出和吸入
冷气流自下而上流动： hge2 a hl ( 21) a hge2b hl ( 21)b
1 1
1
1
a 2
b 2
a 2
b 2
法则的应用：
假定由于某种原因使ta > tb ， 则γ a < γ b ， 于是 hge2a > hge2b
h
gea
H (r空 a ra ), hgeb H (r空 a rb )
取1-1为基准面,几何压头: hge1a 0
1
1
a
b
2
2
静压头：
动压头： 阻力损失
hs1 hs 2
hk1a hk 2 a
1
1
h
l ( 2 1) a
a 2
b 2
将各项代入，则柏努利方程 变为
hs 2 a hs1a hge2 a hl ( 21) a
同理
hs 2b hs1b hge2b hl ( 21)b
2 2 w3 w2 H m wav Hg ( a m ) ( )m h 得： 2 d av 2 2 2 2 w3 w2 h( )m 2 H 2 1 m wav g (a m ) d 2
H '
hs K h (a m ) g (a m ) g
B
dz

取μz为常数，则
V
z2
H
pz
paz
dV
z1
z2
z
B
2g ( a )
z1

z dz
Z1
Z
Z2
零压面 pa
2 V B 3
2g( a )

(z
1.5 2
z
1.5 1
)

取 zm =(z1 + z2 )/2，即炉门中心线距零压面的距离； 而 H = z2 – z1，故 z2 = zm + H/2，z1 = zm - H/2
令小孔截面积为F ， 最小截面面积为F2 缩流系数 则 F2 / F 即： F2 F
取炉内截面为1-1。最小截面为2-2
列1-1与2-2两截面之间的二气流
的柏努利方程 p1 hge1 hs1 hk1 hge2 hs 2 hk 2 hl (1 2)
1
2
pa
dV z dF
2( p z paz )

z B
2( p z paz )

dz
由Pz P Z , P P a Z a az a
得Pz Paz ( a ) Z ( a ) gZ
代入上式，得：
dV z B 2g( a ) z dz
如图。设炉门高为H，宽为B 炉门与小孔区别为炉门内的压强随 高度而变化。
H pz B
dz
paz
在炉门中心线上取一微元体dz 则微元体面积为：dF = B dz，
Z1
Z
Z2
零压面 pa
设炉门中心线距离零压面的 高度为z，炉门下边缘距零压 面高度为z1，炉门上边缘距零 压面高度为z2
运用前面的公式，可得
（1）、若使热气体自上而下流动，则几何压头相当于阻力，所 以a通道阻力大，使得Va < Vb ，因而a通道内的热气体越来越 少，ta就越来越低，直至ta = tb ，最后a、b通道温度均匀。 （2）、若使热气体自下而上流动，则几何压头相当于推动力， 所以a通道推动力增大，使得Va > Vb ，因而a通道内的热气体越 来越多，ta就越来越高，从而导致a、b温度分布更加不均匀。 因此： 热气流只有自上而下流动，才能 保证a、b通道温度分布均匀条件； 冷气流只有自下而上流动，才能 保证a、b通道温度分布均匀条件 （自行分析）
hge2 a hl (12) a hge2b hl (1 2)b
a 2
b 2
该方程为气流自上而下流动时的温度分布均匀条件 2、 假设一股冷气流被分成两股气流，在a.b垂直通道内自下 而上流动。取有效断面1-1与2-2，列二气流的柏努利方程 对于通道a
hge2 a hs 2 a hk 2 a hge1a hs1a hk1a hl ( 21) a

据牛顿二项式
(1 x) a 1 ax a(a 1) 2 a(a 1)(a n 1) n x x 2! n!
令
z
1.5 2
H/(2zm)<1, 则
H 1. 5 H 1.5 1.5 ( z m ) z m (1 ) 2 2zm
1 .5 m


称为流量系数
则
V w2 F2 F
2( p1 pa )

注意三个系数：见书上表1-3(13页）
A)吸 入情况（即负压操作时）：
1
2
pa 1
计算方法相同
吸入量为
V F

p
2( pa p1 )
a
2
其中，ρa为炉外冷空气的密度。
2、气体通过炉门的吸入和流出
A) 气体通过炉门的流出（炉内正压）
1、 假设一股热气流被分成两股气流,在a.b垂直通道内自上而 下流动. 取有效断面1-1与2-2，两截面之间的二气流的柏努利方程 对于通道a
hge1a hs1a hk1a hge2 a hs 2 a hk 2 a hl (1 2) a
静压头：
动压头：
取1-1为基准面,几何压头: hge1a 0
所以，为了克服烟气流动时的阻力，烟囱底部必须产生一 定的负压。
2、烟囱产生抽力的原因
2-2 与3-3之间列的柏努力方程
hge2 hs 2 hk 2 hge3 hs 3 hk 3 hl ( 23)
分析： 取3-3为基准面，则 3-3为零压面
hge3 0
hs 3 0
z 1.5 [1 1.5 m
z z
1.5 2
1.5 1
3H 1 H 3 3H 3H 1.5 z [ ( ) ] z m zm 2 z m 64 z m 2zm 2
1.5 m
最后得到：
2 g ( a ) 3H 2 V B 3 2 2 gzm ( a ) z m f
即： 所以 令 则
p1 pa
w2
1 1

2
2 w2
2 w2
2
2( p1 p a ) (1 )
1
p1
2
pa
为速度系数
1 2
w2
2( p1 pa )

所以: V w2 F2 F
令
2( p1 pa )

F
2( p1 pa )
B) 气体通过炉门的吸入(炉内负压)
2 V B 同理 3 2g( a )
a
1 ( z1 .5 z 1.5 ) 2
结论：正压操作时---气体从炉内往外流， 负压操作时---气体从外往炉内流
二、分散垂直气流法则


窑炉内分散垂直通道要求温度分布均匀，那么，怎 么才能够使温度分布均匀呢？分散垂直气流法则回 答了这个问题。 分散垂直气流概念: 指一股气流在垂直的通道内被分成多股平行的小 气流
dT 4V0 wT
自然通风：通常取wT =2～4Nm/s 人工排烟：通常取wT =8～15Nm/s
3）、确定烟囱底部直径 dB
d B dT 2 (0.01 ~ 0.02) H
这里估算烟囱高度H’为： K为储备系数，k=1.2~1.3 4）、烟囱高度的确定:
由公式：
2 2 w3 w2 hs 2 Hg ( a m ) ( ) m hl ( 23) h 2
将各项代入，则柏努利方程 变为
hs 2 hge2 (hk 3 hk 2 ) hl ( 23)
2 2 w3 w2 hs 2 Hg ( a m ) ( ) m hl ( 23) h 2
由于(hk3 – hk2 )>0，hl(2-3 )>0，所以为了使-hs1 >0， 必须使hge2达到一定值，即烟囱要有一定的高度， 才能使烟囱产生抽力。

其中，hge2为位能增量，(hk3 – hk2)为动能增量。
从该式中可以看出：最大的抽力为:
hs 2
max
hge2 Hg ( a m )
分析：
H 或 a 或 m ， 则 hs 2
max
将增大
3、烟囱的热工计算
1）、根据有关资料及条件，确定 ①排烟量Q ②由系统阻力与动、位能增量得底部抽力hs1 ， 并考虑安全系数，取k=1.3～1.5 ③烟气温度等，如烟囱底部温度T1 2）、确定烟囱的顶部出口直径 dT
分析：取小孔中心线所在的水平面为基准面。则： 1 几何压头:
2
hge1 0
hge 2 0
静压头：
动压头：
P2 Pa , hs 2 0
w1 0, hk 1 0
hl (1 2 )
2 w2
阻力损失
2
0
将各项代入，则伯努利方程 变为
hs1 hk 2 hl (1 2)
H 1.5 0.5 H 2 1.5 0.5 (0.5) H 3 z [1 1.5 ( ) ( ) ] 2zm 2! 2zm 3! 2zm
z
1 .5 1
H 1 .5 H 1.5 1.5 ( z m ) z m (1 ) 2 2zm H 1.5 0.5 H 2 1.5 0.5 (0.5) H 3 ( ) ( ) 2zm 2! 2zm 3! 2zm
a 2 b 2 1 1
三、 引导气体流动的设备－烟囱
1、烟囱底部负压与窑炉内系统阻力的关系
列1-1与2-2之间的柏努力方程
hge1 hs1 hk1 hge2 hs 2 hk 2 hl (1 2)
取1-1为基准面，则 hge1 0 静压头： hs1 0 将各项代入，则柏努利方程 变为
hs 2 hge 2 (hk 2 hk1 ) hl (1 2 ) h
2 w2 w12 H1 g ( a ) hl (1 2 ) h 2
(hk 2 hk1 )数值很小, hge2也较小 hs 2 hl (12) h
（*）
4、几点说明

1）、为保证烟囱在任何季节都有足够的抽力，计算时应 取夏季最高温度时的空气密度； 2）、如当地空气湿度较大，计算时必须用湿空气的密度； 3）、如地处高原或山区，需要考虑当地大气压的影响； 4）、几座窑合用一烟囱，各烟道应并联，并防止相互干 扰。计算时hs 应按阻力最大的窑来计算：hs = k(hL)max ， 烟气量应取几座窑的总烟气量：
计算目的：求解气体排放量和吸入量
1
2
pa
A)流出情况（即正压操作时）
如图一炉墙，在炉墙上开有一小孔。
p1 1
2
当气体从较大空间突然通过小孔向外逸出时，由于惯性 作用，气体会发生收缩，在小孔处形成一最小截面. 这种现 象称为“缩流”

若炉墙厚时，缩流截面可能发生在炉墙内

若炉墙薄时，缩流截面可能发生在炉墙外