陶瓷热工过程及设备

前静提止：的系。统P内1 热气gZ体1 作 稳212定而连P2续的g流Z动2 ，外222界冷空气h认f (1为2是)
热气体：Pa1 a gZ1 Pa2 a gZ2
+
冷空气：

两P式1 相Pa减1 并g整Z1(理a， 得) 两 气212 体 的(伯P2 努P力a2 )方 g程Z2式(：a
陶瓷热工过程及设备
第一章 窑炉中的气体力学
第一节 气体力学的基本概念
一．气体的属性
㈠密度与比体积
1．气体的密度
表达式
m

气体的标准状态：0℃V 和101325Pa

气体某一工作状态与标准状态下密度的换算

混合气体的密度
…

n
(
Tn T
)(
P Pn
)
m 11 22

机械能=静压能+位能+动能
对于单位体积的气体而言，某一管道内气体由1-1截面 流向2-2截面，根据能量守恒定律 ：
P1

gZ1

12
2


P2

gZ 2

22
2


静压头 几何压头 动压头
2．实际气体的伯努力方程式
由于实际气体有粘性，流动时会产生能量损失，其
损失的能量变为hf热(1能2) ，称为压头损失
不稳定流动：则相反。
㈢层流与湍流
1.概念：
层流：气体在流动时层次分明，互不干扰，垂直于 流动方向上的分速度为零，其质点运动轨迹互不相交。
湍流：气体紊乱流动，气体质点有轴向和横向运动， 互相撞击，产生湍动和旋涡。
2.判定气体在管道内流动状态的方法

＜2000为层流；
雷诺准数
d ≥Re4000为湍流
内流经管道任意截面的气体体积称为气体的流 量； ※质量流量 qm：气体在管道内流动时，单位时 间内流经管道任意截面的气体质量称为气体的 流量。 ※流速和平均流速的区别 ； ※体积流量与质量流量的关系：
qm qv s
㈡稳定流动与不稳定流动
稳定流动：任意截面上的气体流动状况 不随时间 而改变。
3．伯努力方程式中各项的物理意义
hs P Pa
⑴
相对静压头
※物理意义 :指窑炉系统内单位体积的热气体比系统外同一水
平面上的冷空气多具有的静压能；它在数值上等于窑内气体的
相对压强。
※静压头的测量：用压力计来测量。
烟气
hs 静压头测量示意图
⑵ hg gz(a ) 相对几何压头
前提：气体在截面变化的管道内作稳定而连续的流
动
qm1 qm2 qm

根据质量守恒定律 ：
11s1 22 s2

s

1s1 2 s=2常数
※对于不可压缩气体
二．伯努力方程式
㈠ 只考虑一种气体流动的伯努力方程式
1．理想气体的伯努力方程式
前提：理想气体在管道内作稳定而连续的流动 ，无能 量损失和热力学能的增减，只有机械能之间的转化。
。

P1

gZ1

12
2


P2

+
gZ 2

பைடு நூலகம்2
2

hf (12)
㈡适用于窑炉系统的伯努力方程式
1．窑炉系统内气体流动的特点
陶瓷窑炉内一般正负压不大20～200PA， 某一小段温差小，故窑内气体可看作不可压 缩气体，另外窑内热气体还要受外界空气浮 力的影响 。
2．两气体伯努力方程式的推导

Re
Re其余为过渡流。

※非圆形管道采用当量直径
进行计算。
de

4
F S
3．气体在管道内速度分布规律
层流时： 湍流时：
Wav

1 2 Wmax
Wav (0.8 0.85)Wmax
(1)层流
(2)湍流
气体在管道内中速度分布与流动状态的关系
第二节 气体流动的基本方程式
一．连续式方程式
※物理意义 ：指窑炉系统内单位体积的热气体 比系统外同高度的冷空气多具有的位能； ※几何压头沿高度方向的变化规律：铅垂位置 越低，几何压头值越大； ※对气体流动的影响：有使气体向上流动的趋 势，当气体由下向上流动时，几何压头是推动 力，反之为阻力。 ※几何压头无法测量。
2．比体积 V m 1
㈡压 强
单位面积上气体的法向压力称为压强。 ⑴ 绝对压强P ：以绝对真空为起点所测得的压强；
⑵ 环境大气压强 Pa：以绝对真空为起点所测得的环境 大气压强；
⑶ 相对压强（表压） Ps ：以周围环境大气压为起点所 测得的压强。
三者之间的关系为：Ps =P- Pa ※当 Ps＜0时，为负压； ※当 Ps＞0时，为正压； ※当 Ps= 0时，为零压。
)
22
2

h f (12)
伯努力方h程s1式的h简g1 化 h形k1式：hs2 hg2 hk2 hf (12)
伯努力方程式的使用条件：
① 气体在窑炉系统稳定流动； ② 气体只受重力的作用； ③ 截面是渐变流截面； ④ 气体在流动过程中温度不变。
㈢压缩性和膨胀性
1．压缩性 T不变，气体的压强增大，体积缩小，密度增大； ※通常把压强变化不大，温度变化不大的气体叫不可压
缩气体 。 ※不可压缩气体的密度为常数。 2．气体的膨胀性 P不变，气体的温度升高，体积增大，密度减小。
3．气体工作时的参数与标准状态时的参数的换算 P=常数时：
Vt Vn (1 t)
t n (1 t)
t n (1 t)
qv s
㈣空气的浮力
热烟气在没有外界机械能的加入的情况下，将会在 浮升力的作用下向上流动，因此，窑炉外的空气对 炉内热气体流动的影响应预以考虑 。
㈤气体的粘性
气体内部质点或相邻的两层间因相对运动而产生内 磨擦力以反抗相对运动的性质叫粘性。
产生粘性的原因： 1。分子的紊乱运动

2．分子间的吸引力
实验证明：内磨擦力 F s d
式中 — 称为动力粘度。 dy
单位：Pa·S
工程上常采用运动粘度：
动力粘度与温度的关系：
t

0
(
273 C T C
)

(
T )1.5 273
二．气体的流动
㈠流量与流速 ※体积流量 qv:气体在管道内流动时，单位时间