热工过程与设备 2

一、填空题
轻柴油牌号是根据其的凝聚点标定的
汽油牌号是根据辛烷
检验CO2用KOH
检验O2用焦性没食子酸钾
流体的流动湍流（紊流），层流
煤的工业分析法是测定：挥发分（V）固定炭(FC) 灰分(A) 水分(M) 的含量
角系数特性
相对性
自见性
完整性
兼顾性
分解性
标煤发热量29270kj/kg（即7000kcal/kg）
传热的基本方式有：导热对流换热辐射换热
热辐射的基本定律：普朗克辐射定律维恩偏移定律史蒂芬—波尔茨曼定律兰贝特定律
气体燃料燃烧过程可分为：混合着火燃烧三个阶段。

重油牌号是根据重油的: 恩氏粘度标定的；轻柴油牌号是根据其的凝聚点标定的。

根据炭化程度，煤可分为: 泥煤褐煤烟煤无烟煤
隧道窑可划分为：预热带烧成带冷却带三带。

为减少漏气，隧道窑的窑车与窑墙之间设有曲封和砂封结构。

火焰的焰性可分：氧化还原中性
煤的工业分析是测定：挥发分固定炭灰分水分的含量。

二、名词解释
辊道窑：通道扁平，以平行排列辊棒转动输送制品的连续性窑炉。

辐射角系数：黑体1向半球空间辐射的能量投射到黑体2表面的百分数。

导温系数：又称热扩散系数，说明物体被加热或冷却时物体内部各部分温度趋向一致的能力。

燃料的发热量或热值：单位质量或体积的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量。

三、问答题
1、确定烧成制度的原则是什么？
（1）在各阶段应有一定的升（降）温速率，不得超过。

（2）在适宜的温度下应有一定的保温时间，以使制品内外温度趋于一致，皆达到烧成温度，保证整个制品内外烧结（3）在氧化和还原阶段应保持一定的气氛制度，以保证制品中的物理--化学过程的进行（4）全窑应有一个合理的压力制度，以确保温度制度和气氛制度的实现，
2、简述隧道窑急冷阻挡气幕的作用？
为了缩短烧成时间，提高制品质量，坯体在冷却带700度以前急冷，同时亦为阻挡气慕，防止烧成带烟气倒流至冷却带，避免产品熏黑。

3、简要分析影响对流换热系数的因素？
4、烟囱的工作原理？
由于烟囱中的热烟气受到大气浮力的作用，使之由下而上自然流动，在烟囱底部形成负压，而使窑内热烟气能源源不断地流入烟囱底部
5、提高实际燃烧温度的途径？
6、什么是饱和沸腾？饱和沸腾时，随壁面过热度增高沸腾会经过哪3个状态？
液体温度始终保持大于液体的饱和温度，则称为饱和沸腾
7、隧道窑中的窑墙的作用是什么？
（1）与窑顶一起，将隧道与外界分隔，在隧道内燃烧产物与坯体进行热交换（2）窑墙要支撑窑顶，要承受一定的重量（3）窑墙内壁温度约等于制品的温度，而外壁接触大气，其温度较内壁低，因此热量自内壁通过窑墙向外壁散失，必须要保温。

四、计算题
1、烟囱直径1m，烟气流量18000k g／h，烟气密度0.7kg／㎡，外面大气密度1.29kg／㎡，烟囱内烟气
流动摩擦阻力系数委0.035.烟囱高度为21m，求烟囱底部压强。

2、设计连续窑的一段侧墙，其内表面温度为800℃，要求外表面温度不超过60℃，设环境温度为20℃，
壁面与空气的对流辐射换热系数为h=12w／㎡·℃，若侧墙用粘土砖砌筑，
Λ=0.835+0.59ⅹ10t，则其厚度不应低于多少毫米？
3、某窑炉以发生炉煤气为燃料，其组成为：
组分CO CO H CH C H H S N H O
体积，% 4.32 27.84 13.44 1.73 0.19 0.29 48.19 4.0
当α=1.1时，计算实际空气量和烟气量。

解p244 例4—4
4、某窑墙厚度230mm，导热系数0.8 w／㎡·℃的粘土砖和厚250mm，导热系数0.6 w／㎡·℃的红砖
组成，炉墙内外表面分别为700℃和50℃。

求炉墙内散热量和两层材料交界面温度？
传热的基本方式有：导热、对流换热、辐射换热
热辐射的基本定律：普朗克辐射定律、维恩偏移定律、史蒂芬—波尔茨曼定律、兰贝特定律、克希霍夫定律气体燃料燃烧过程可分为：混合、着火、燃烧三个阶段。

重油牌号是恩氏粘度标定的；轻柴油牌号是凝聚点标定的。

根据炭化程度，煤可分为:泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤
隧道窑可划分为：预热带、烧成带、冷却带三带。

烧成制度：温度制度、气氛制度、压力制度传动方案：链传动、齿轮传动
温度制度：1、适宜的最高烧成温度及高火保温2、各阶段合理的升降温速度3、窑内断面温度均匀性火焰的焰性可分：氧化、还原、中性
煤的工业分析是测定：挥发分、固定炭、灰分、水分的含量。

对流换热的影响：1、流体发生运动动力2、流体流动的状态3、流体的物性4、放热面的形状位置角系数：1、相对性2、自见性3、完整性4、兼顾性5、分解性
基准：收到基ar 、空气干燥基 ad 、干燥基 d 、干燥无灰基 daf
孔砖与窑墙结合主要有两种结构形式：一是由耐热钢托礃上窑墙的结构、二是由孔砖承载上窑
墙的结构排烟方式：集中排烟、分散排烟
辐射角系数黑体1向半球空间辐射的能量投射到黑体2表面的百分数。

导温系数：又称热扩散系数，说明物体被加热或冷却时物体内部各部分温度趋向一致的能力。

窑炉：连续性窑：辊道窑、隧道窑、间歇性窑：梭式窑、罩式窑
热值：单位质量或体积的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量。

辊道窑：通道扁平，以平行排列辊棒转动输送制品的连续性窑炉。

闪点：当有火源接近时，若出现蓝光闪光，则此时的油温称为闪点
燃点：若油温超过闪点，则油的蒸发速度加快，以致用火源接近油表面时蓝光闪现后能持续燃烧的油温着火点：油表面的蒸汽即使无火源接近也会自发燃烧起来
曲封：1、防止窑内高温直接辐射窑车下部2、增加气流的流动阻力来达到一定的密封效果砂封：由处在窑墙底部的砂槽和窑车两侧的钢制裙板组成的一种密封结构。

防止窑墙与窑车间隙的气流通过分散垂直气流法则：即一般气流在垂直通道中被分割成多股平行小气流，使热气体自上而下地流动，冷气体自下而上流动，此法则主要应用于几何压头起主要作用的通道内。

傅立叶定律：在导热现象中，单位时间内通过单位面积的热量与温度梯度成正比。

努谢尔准数（Nu）：边界层内温度梯度与平均温度梯度tf-tw/t0之比，它表明了损热强度与边界层中温度分布之间的关系
弗鲁德准数（Fr）：重力与惯性力之比值，是用来说明流体各部分密度不同而引起的流动时即自由运动时的一个相似准数Fr=gl/w2
雷诺准数（Re）=ρwl/u（粘度），用以表明流体的流动情况，是贯性力与粘度阻力的比值普/λ,表明温度场与速度之间的相似程度
朗克准数（Pr)=uc
p
解答题
确定烧成制度的原则是什么？1）在各阶段应有一定的升（降）温速率，不得超过。

2）在适宜的温度下应有一定的保温时间，以使制品内外温度趋于一致，皆达到烧成温度，保证整个制品内外烧结3）在氧化和还原阶段应保持一定的气氛制度，以保证制品中的物理--化学过程的进行4）全窑应有一个合理的压力制度，以确保温度制度和气氛制度的实现，
简述隧道窑急冷阻挡气幕的作用？为了缩短烧成时间，提高制品质量，坯体在冷却带700度以前急冷，同时亦为阻挡气慕，防止烧成带烟气倒流至冷却带，避免产品熏黑。

简要分析影响对流换热系数的因素？1）流体发生运动的动力2）流体流动的状态3）流体的物性4）放热面的形状和位置
烟囱的工作原理？由于烟囱中的热烟气受到大气浮力的作用，使之由下而上自然流动，在烟囱底部形成负压，而使窑内热烟气能源源不断地流入烟囱底部
提高实际燃烧温度的途径？1）选用高发热量的燃料2）控制适当的空气系数3）预热空气或燃料4）减少向外界散失热量
隧道窑中的窑墙的作用是什么？1）与窑顶一起，将隧道与外界分隔，在隧道内燃烧产物与坯体进行热交换2）窑墙要支撑窑顶，要承受一定的重量3）窑墙内壁温度约等于制品的温度，而外壁接触大气，其温度较内壁低，因此热量自内壁通过窑墙向外壁散失，必须要保温。

辊道窑的特点1）辊道窑由于窑内温度场均匀，保证了产品质量，也为快烧提供了条件2）辊道窑中空、裸烧的方式使窑内传热速度与传热效率大，又保证了快烧的实现3）快烧又保证了产量，降低了能耗
计算题
伯努利方程：P1+ρgz1+ω
12ρ/2=P2+ρgz2+ω
2
2ρ/2+h
L
hf=λLω
02ρ
（1+βtm）/2de
小孔F截面流出的气体V为：V=uF√¯2（ρ1-ρa）/ρ u流量示数小孔F截面吸入的气体体积流量V为：V=uF√¯2（ρa-ρ1）/ρa
关于求烟囱的问题：烟囱的顶部内径 dT=√¯4V
0/πW
T
底部内径：dB=dT+2*（0.01~0.02）H ρa=1.293（标况）
伯努利方程：△P1+0+ω
12ρ/2=△P2+（ρa-ρm）gH+ω
2
2ρ/2+hf （以底部为基准面）△P2=0
（与外界相通） Hf=λHWav2ρm/2dav dav=dT+dB/2 Wav=W1+W2/2 dav=√¯4V0/πWav 求圆筒壁导热：单层：Q=t1-t2/（（lnd2/d1）/2πλl））
λ（导热系数） l（管长） d2（外径） d1（内径）
多层：Q=πl（t1-t
n+1
）/{【（d2-d1）φ1/（d2+d1）λ1）】+【（d3-d2）φ2/（d3+d2）λ2）】+..+【（dn+1-dn）φn/（dn+1+dn）λn）】}
求辐射换热：Q=εC
0【（T1/100）4-（T2/100）4】ε（黑度） C
=5.669 Q=a
c
（tg-t1） a
c
（对流换热系数） tg（空气的真实温度）
α（t外-t环）=λ（t内-t外）/δλ=a+b（t外+t内）/2 α（导温系数）δ（厚度）
求燃料理论空气量和烟气量：（气体燃料空气量）
V O2o=【0.5CO+0.5H
2
+2CH
4
+（m+n/4）CmHn+1.5H
2
S-O
2
】*1/100
Va o =【0.5CO+0.5H 2+2CH 4+（m+n/4）CmHn+1.5H 2S-O 2】*（1/100）*（100/21） Va=αVa o
α
空气过剩系数 （固体燃料空气量）
V O2o =（Car/12+Har/2+Sar/32-Oar/32）*22.4/100 Va o =V O2o *100/21
（烟气量）V o =【CO 2+CO+H 2+H 2O+2CH 4+（m+n/2）CmHn+2H 2S+N 2】*1/100+0.79Va o V=V o -(1-α)Va o *0.79
一、烟囱直径1m ，烟气流量18000kg ／h ，烟气密度0.7kg ／㎡，外面大气密度1.29kg ／㎡，烟囱内烟气流动摩擦阻力系数委0.035.烟囱高度为21m ，求烟囱底部压强。

二、设计连续窑的一段侧墙，其内表面温度为800℃，要求外表面温度不超过60℃，设环境温度为20℃，壁面与空气的对流辐射换热系数为h=12w ／㎡·℃，若侧墙用粘土砖砌筑，
Λ=0.835+0.59ⅹ10t ，则其厚度不应低于多少毫米？ 三、某窑炉以发生炉煤气为燃料，其组成为： 组分 CO CO H CH C H H S N H O
体
积，% 4.32 27.84
13.44
1.73
0.19 0.29 48.19
4.0
当α=1.1时，计算实际空气量和烟气量。

解：空气量Va o =（27.84/2+13.44/2+1.73*2+0.19*3+0.29*1.5）*100/21*1/100=1.195（Nm 3/Nm 3） Va=αVa o =1.1*1.195=1.315（Nm 3/Nm 3）
烟气量V o =（4.32+27.84+13.44+3*1.73+4*0.19+2*0.29+48.19+4.0）*1/100+0.79Va o =1.99（Nm 3/Nm 3）
V=V o -(1-α)Va o =1.99+（1.1-1）*1.195=2.07（Nm 3/Nm 3）
四、某窑墙厚度230mm ，导热系数0.8 w ／㎡·℃的粘土砖和厚250mm ，导热系数0.6 w ／㎡·℃的红砖组成，炉墙内外表面分别为700℃和50℃。

求炉墙内散热量和两层材料交界面温度？ 解q=t1-t2/（δ1/λ1+δ2/λ2）=700-50/（0.23/0.8+0.25/0.6）=923 t1-t2=q δ1/λ 1 t2=t1-q δ1/λ1=700-923*0.23/0.8=435℃
问答题
提高实际燃烧温度的途径
1）选用高发热量的燃料
2）控制适当的空气系数
3）预热空气或燃料
4）减少向外界散失热量提高t f或t a,使燃料或空气带人显热增加，提高总收入热量，将使t p增加
确定烧成制度的原则
（1）在各阶段应有一定的升（降）温速率，不得超过
（2）在适宜的温度下应有一定的保温时间，以使制品内外温度趋于一致，皆达到烧成温度，保证整个制品内外烧结
（3）在氧化和还原阶段应保持一定的气氛制度，以保证制品中的物理--化学过程的进行（4）全窑应有一个合理的压力制度，以确保温度制度和气氛制度的实现
隧道窑的几种气幕及其作用
急冷阻挡气幕，为了缩短烧成时间，提高制品质量，坯体在冷却带700度以前急冷，同时亦为阻挡气慕，防止烧成带烟气倒流至冷却带，避免产品熏黑。

封闭气幕，减少冷空气从窑头漏人窑内
搅动气幕，为减少预热带气体分层，产生搅动，使窑内温度均匀
影响对流换热的因素
1）流体发生运动的动力
2）流体流动的状态
3）流体的物性
4）放热面的形状和位置
影响对流换热系数的因素
对流换热系数是壁面形状，尺寸，壁面温度，流体流速，流体温度，以及流体物性λ，cp，ρ，μ等因素的函数
梭式窑零压面，窑车台面处
梭式窑倒焰，自动式窑内温度均匀
隧道窑预热带上下温差产生原因及解决办法
1）预热带负压操作，不严密处漏人冷风
2）上部拱顶空隙大，阻力小，几何压头作用大
3）窑车吸热量大，降低了下部温度
解决办法
1）从窑炉结构上：减小上部空隙增加阻力；缩短窑长；降低高度，提高气流速度，增大动压，减小几何压头作用；设立密封，循环，搅动气幕
2）从窑车结构上：减轻窑车重量，严密窑车接头，曲封，砂封，设立下部火道
3）码坯方法：上密下希
4）采用高速调温烧嘴
影响窑内对流换热的因素
窑内烟气的流动速度
窑内流体的温度
集中排烟，分散排烟的优缺点
集中排烟，
避免烟气过早排出，提高了烟气的热利用率；烟气量增加，有利于烟气对坯体的对流传热
烟气量过多，容易对产品造成影响
分散排烟
有利于进行预热带温度调节，容易控制每个部位的温度
烟气热利用率较集中排烟低，能耗相对有所增加
梭式窑特点
1）间歇生产，易改变产品及烧成制度，生产灵活性大
2）窑外装卸制品，劳动强度低，改善了劳动条件
3）采用高速烧嘴，加快了窑内传热，缩短烧成时间，能耗低，产量高
4）采用轻质隔热材料，降低了窑体蓄热，可以快烧
5）实现了自动控制
6）结构紧凑，占地面积小，投资小，见效快
7）容积可大可小，对产品的适应能力强，
辊道窑特点
1）断面小，单层焙烧
料垛阻力小，预热带负压小，漏风量小，上下温差小
双面加热，传热快，烧成时间短
2）不用窑车和窑具
无窑具蓄热，能量损耗小，温差减小，产品质量好
窑体密封性好，漏气量小，温度均匀，气氛易控制
3）结构简单，占地面积小
4）操作方便，劳动强度低，实现机械化与自动化
烟囱的工作原理
由于烟囱中的热烟气受到大气浮力的作用，使之由下而上自然流动，在烟囱底部形成负压，而使窑内热烟气能源源不断地流入烟囱底部
什么是饱和沸腾？饱和沸腾时，随壁面过热度增高沸腾会经过哪3个状态
液体温度始终保持大于液体的饱和温度，则称为饱和沸腾
3个状态：表面蒸发，泡状沸腾，膜状沸腾
隧道窑中的窑墙的作用是什么
（1）与窑顶一起，将隧道与外界分隔，在隧道内燃烧产物与坯体进行热交换
（2）窑墙要支撑窑顶，要承受一定的重量
（3）窑墙内壁温度约等于制品的温度，而外壁接触大气，其温度较内壁低，因此热量自内壁通过窑墙向外壁散失，必须要保温。

气体辐射换热特性
（1）辐射能穿过透明介质
（2）辐射能穿过吸收性介质。

单原子气体和一些对称的双原子气体，放射和吸收辐射能是微不足道的。

影响火焰辐射和吸收的主要气体是CO2和H2O两种三原子气体。

固体的辐射光谱是连续的，它能够放射和吸收一切波长的辐射能。

但是气体的辐射光谱是不连续的，它只能放射和吸收某一定波长范围内的辐射能，所以气体的辐射和吸收具有一定的选择性。

气体的吸收和辐射与气体的形状和体积有关，在考虑气体的黑度和吸收率时，必须考虑气体的形状和容积的大小。