冶金炉热工基础

冶金炉热工基础
山东工业职业学院 冶金学院
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同学们好！现在 我们学习气体力学 原理
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第一章 气体力学原理
目前大部分冶金炉（除电炉外）热能的主要来源 是靠燃烧燃料来供给的。
燃料燃烧需要供入炉内大量空气，并在炉内产生 大量的炉气。
高温的炉气是传热的介质，当它将大部分热能传 给被加热的物料以后就从炉内排出。如果排出的炉 气温度较高，还可用废热回收装置再收回部分热能 然后再经过排气装置排入大气。
的压力。
气体压力是气体的一种内力，表示气体对外作用力大小的一个
物理 参数。
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物理学上常把单位面积上气体的对外作用力称为压 强，工程上却常把压强简称为压力。
冶金炉上所说的压力也是指单位面积上气体的对外 作用力， 亦即在物理意义上相当于物理学上的压强。
b、压力的单位
在工程单位制即米制中，气体的压力大小有以下三种表 示方法：
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自由流动：由于温度不同所引起各部分气体密度差而产生的。 如室内空气的流动。
强制流动：由于外界的机械作用而引起的气体流动。 如鼓风机鼓风产生的压力差。
引起自由和强制流动的许多原因合在一起，就决定了炉内 气体流动的性质。
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1.1 气体的主要物理性质和气体平衡方程式
1.1.1气体的主要物理性能
一切物体都是由许多永不停止的作无规则运动的微粒—— “分子”所组成。分子的无规则运动与温度密切相关，因此，称 为分子的热运动。
=10000mmH2O=735.6mmHg 由此可得：lmmH2O=1kgf/m2
lmmHg =13.6 mmH2O
1标准大气压(a t m)=760mmHg=1.0332 kg f/cm2 =10332 kg f/m2=10332mmH2O
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工程上为了计算方便，规定1kg f/cm2作为一个工程大气压， 简称工程大气压(at)，则： 1工程大气压(at)＝1kgf/cm2=10000kgf/m2=10mH2O
分子间的空隙不同，则分子间的作用力和分子热运动的情
况不同，各种物体的性质也不同。
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液体和气体，由于分子间的空隙比固体大，它们都不能保持 一定的形状，因而具有固体所没有的一种性质——流动性。 因此，常将液体和气体称为流体。
气体与液体的共同性： 由于液体和气体具有流动性，因而它们能将自身重力和
所受的外力按原来的大小向各个方向传递。
规定：以气体分子热运动平均动能超于零的温度为起点，定为0 K，井以水的三相点温度为基本定点，定为273.16K， 于是1 K就是水三相点热力学温度的。
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绝对温标lK与摄氏温标l℃的间隔是完全相同的。在一个标准 大气压下，纯水冰点的热力学温度为273.15K，它比水的三相点 热力学温度低0.01 K，水的沸点为373.15K。 绝对温标与摄氏温标的关系：
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在研究气体运动时常遇到气体的温度、压力、体积、密度等 一些物理参数，这说明通过这些物理参数的变化反映了气体物理 性质常随气体的存在状态而变化。
因此，要了解气体的性质，必须了解这些参数的物理意义及 其影响因素。
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气体的几个物理参数 ：
⑴ 气体的温度
气体的温度常用各种仪表来测量。 要测出气体的温度，首先必须确定温标。 所谓温标是指衡量温度高低的标尺，它规定了温度的起点 （零点）和测量温度的单位。 目前国际上常用的温标有摄氏温标和绝对温标两种：
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气体和液体的不同特性： ⑴ 在一般情况下，液体的体积和密度随温度和压力的变化量很
小，所以，常认为液体是不可压缩性流体(或称非弹性流体)； 气体的体积和密度通常随温度和压力的变化较大，所以，
常认为气体是可压缩性流体（或称弹性流体）。 在研究气体运动时，应注意： 气体的体积和密度随温度和压力的变化，此为气体区别于
大气压力的数值随着所在地区海拔高度的升高而降低，也就 是说，海拔越高，空气越稀薄，大气压力也就越低。
在同一地区，大气压力的数值也因季节、晴雨等气候变化而
稍有差异。
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国际上规定：将纬度45°海平面上测得的全年平均大气压力 760mmHg定为一个标准大气压，或者称为物理大气压，它与其 它压力单位的换算关系是：
液体的一个显著特性。
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⑵ 液体的密度较大(如每m3水的质量为1000千克)， 所以液体在流动过程中基本不受周围大气的影响；
气体的密度较小(如每m3烟气的质量为1.3千克)， 而且与空气的密度相近(每m3空气的质量为1.293千克)，所
以气体在流动过程中受周围大气的影响。
在研究气体运动时，应考虑其与大气的相互关系，此为 气体区别于液体的又一个显著特性。
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a、摄氏温标：又名百度温标，是我国使用最广泛的一种温标。 规定：在标准大气压下（760mmHg），把纯水的冰点定为零
度， 沸点定为100度，在冰点与沸点之间等分为100个分 格，每 一格的刻度就是摄氏温度1度，用符号t表示，其单 位符号 为℃。本书都采取摄氏温度（℃），作为温度的单 位。
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b、绝对温标：即热力学温标，又名开尔文温标，用符号T表 示，单位符号为K。
K＝273.15+ t K
在不需要精确计算的情况下，可以近似地认为： T＝273+t K
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气体在运动过程中有温度变化时，气体的平均温度常取为气体 的始端温度t1和终端温度t2的算术平均值，即：
t均
t1
t2 2
⑵ 气体的压力
a、定义： 由于气体自身的重力作用和气体内部的分子运动作用，
气体内部都具有一定的对外作用力，这个力称为气体
① 以单位面积上所受的作用力来表示，例如：
公斤/cm2(kgf/cm2）或公斤/m2(kgf/m2)。
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②用液柱高度来表示：Hale Waihona Puke Baidu如米水柱(mH2O)、毫米水柱 (mmH2O)和毫米汞柱(mmHg)。
③ 用大气压来表示：
地球表面包围着一层厚达几百公里的大气层，大气重量对地 球表面上所造成的压力称为大气压力，常用单位是mmHg。
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炉内气体的运动，对炉子的产量、产品质量、生产成本、 炉子寿命、安全操作等方面都有直接影响。
因此，根据炉子的生产要求正确地向炉内供气，合理地组 织炉内气体运动，根据炉子生产的需要及时地将炉内产生的炉 气排出，是组织好炉子生产的极重要环节。
气体在炉内的流动，根据流动产生的原因不同，可分为两 种：一种叫自由流动，一种叫强制流动。