第一章水泥熱工

1、1,第一章 氣體力學(xué)及其在窯爐中的應(yīng)用,氣體力學(xué)：宏觀研究氣體平衡和流動(dòng)規(guī)律。窯爐中常見氣體：空氣、煙氣。起載熱、霧化、反應(yīng)劑等作用。氣體的流動(dòng)與窯爐的操作和設(shè)計(jì)密切相關(guān)。,2,3,（1）理想氣體分子的體積忽略不計(jì)；,理想氣體的特征：,（2）理想氣體分子之間無作用力；,（3）理想氣體分子之間以及分子與容器壁的碰撞都是彈性碰撞。,理想氣體在自然界并不存在，但常溫下，壓力不超過5 MPa的O2、N2、H2、CO等實(shí)際氣體及其混合物都可以

2、近似為理想氣體。另外，大氣或燃?xì)庵猩倭康姆謮毫艿偷乃魵庖部勺鳛槔硐霘怏w處理。,4,2. 理想氣體狀態(tài)方程式,又稱克拉貝龍方程式 。Rg為氣體常數(shù)，單位為J/(kg·K)，其數(shù)值取決于氣體的種類，與氣體狀態(tài)無關(guān)。,對質(zhì)量為m 的理想氣體，,物質(zhì)的量：n ，單位： mol（摩爾）。,摩爾質(zhì)量： M ，1 mol物質(zhì)的質(zhì)量，kg/mol。,5,物質(zhì)的量與摩爾質(zhì)量的關(guān)系：,1 kmol物質(zhì)的質(zhì)量數(shù)值與氣體的相對分子質(zhì)量的數(shù)值相同。

3、,摩爾質(zhì)量與氣體的相對分子量之間的關(guān)系：,摩爾體積： Vm ，1 mol物質(zhì)的體積， m3/mol。,6,R 稱為摩爾氣體常數(shù)。,根據(jù)阿佛伽德羅定律，同溫、同壓下任何氣體的摩爾體積Vm都相等，所以任何氣體的摩爾氣體常數(shù)R都等于常數(shù)，并且與氣體所處的具體狀態(tài)無關(guān)。,R=8.314 J/(mol·K),7,氣體常數(shù)Rg 與摩爾氣體常數(shù)的關(guān)系：,可得物質(zhì)的量為 n 的理想氣體的狀態(tài)方程式,由式,8,3、公式的討論,（1）壓縮

4、性：流體的體積隨壓力變化而變化的屬性稱為流體的壓縮性。 T不變，P↑υ↓-可壓縮（2）膨脹性：流體的體積隨溫度變化而變化的屬性稱為流體的膨脹性。 P 不變，T↑υ↑ -可膨脹（3）可壓縮氣體：系統(tǒng)前后壓力變化超過20%。（4）不可壓縮氣體：氣流速度不大，P、T變化不大。,9,10,膨脹性,體膨脹系數(shù)也隨種類、溫度和壓力而變化。通常液體的體膨脹系數(shù)很小，氣體的體膨脹系數(shù)很大。,11,4、幾個(gè)常用公式,一定質(zhì)量的氣體，標(biāo)態(tài)和實(shí)際狀態(tài)下

5、的轉(zhuǎn)換：,12,例1 將1000m3，0℃空氣送入加熱器中加熱，標(biāo)況下空氣密度為1.293kg/m3，求加熱至250℃時(shí)氣體的體積和密度。,解：Vt=V0Tt /T0=1000×523/273=1916 m3 ρt=ρ0T0 /Tt=1.293×273/523 =0.67 kg/m3 由此可知，空氣經(jīng)過加熱后體積明顯增加，密度明顯下降，因此在窯爐的熱工計(jì)算中，不能忽略氣體體積和氣體密度隨溫度的 變化。,13,（

6、二）粘性,1、牛頓內(nèi)摩擦定律 對于運(yùn)動(dòng)的流體，當(dāng)流體質(zhì)點(diǎn)間存在相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于流體的粘性作用，在流體內(nèi)部流層之間會(huì)出現(xiàn)成對的切力，稱為內(nèi)摩擦力。 17世紀(jì)牛頓通過牛頓平板實(shí)驗(yàn)研究了流體的粘性。下圖即為牛頓平板實(shí)驗(yàn)裝置，下板固定，上板可動(dòng)，且平板面積有足夠大，可以忽略邊緣對流體的影響。其中,14,h為兩平板間的距離，A為平板面積。 若對上板施加力F，并使上板以速度U保持勻速直線運(yùn)動(dòng)，則內(nèi)摩擦力T = F。通過牛頓平

7、板實(shí)驗(yàn)得出： 因流體質(zhì)點(diǎn)粘附于固體壁上，故下板上流體質(zhì)點(diǎn)的速度為零，緊貼上板的液體質(zhì)點(diǎn)速度為U。當(dāng)h及U不太大時(shí)，板間沿法線方向的點(diǎn)流速可看成線性分布，即：,15,所以，內(nèi)摩擦力為： 此式即為牛頓內(nèi)摩擦定律公式。其中： 為動(dòng)力粘度，表征流體抵抗變形的能力，它和密度的比值稱為流體的運(yùn)動(dòng)粘度 。 在運(yùn)用牛頓內(nèi)摩擦定律公式時(shí)應(yīng)注意:此式不僅適用于液體，也適用于氣體。此式表明，流體內(nèi)有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體

8、內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)摩擦力來抗拒此相對運(yùn)動(dòng)。切應(yīng)力τ的大小與流體的粘性以及沿運(yùn)動(dòng)垂直方向上的速度梯度du/dy成正比。,16,2、內(nèi)摩擦力產(chǎn)生的原因,流體分子（尤其是氣體分子）的不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，使得不同速度的相鄰流體之間發(fā)生質(zhì)量和動(dòng)量交換。,粘性流體所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力由牛頓粘性定律確定 τ=μdu/dy N/m2式中 du/dy：速度梯度，1/s； τ：剪切力，N/m2； μ：粘度，

9、也稱動(dòng)力粘度，N·s/m2即Pa·s。 在流體力學(xué)計(jì)算中，也經(jīng)常用 υ=μ/ρm2/s，υ為運(yùn)動(dòng)粘度。,17,氣體粘度與溫度之間的關(guān)系表示為：μt=μ0 [(273+C)/(T+C)](T/273)3/2 Pa·s 式中 μt：在t℃時(shí)氣體的粘度，Pa·s； μ0：在0℃時(shí)氣體的粘度，Pa·s； T ：氣體的溫度，K； C ：

10、與氣體性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。幾種氣體的μ0和C值見下表1.1 。,18,表1.1 各種氣體的μ0和C值,19,3、 粘度的表示方法,動(dòng)力粘度（Pa·s或泊）運(yùn)動(dòng)粘度（m2/s）,20,（三）浮力,液體在空氣中受到的浮力可以忽略。但熱氣體則不能忽略,,,水ρ=1000kg/m3,熱氣體?=0.6kg/m3,例：H=10m； A=1m2的兩不同流體柱，處于密度為ρ=1.2kg/m3的大氣環(huán)境中，其所受到的浮力情況。,21,1、流體平

11、衡微分方程 在靜止流體中任取一微元六面體，其邊長分別為dx，dy，dz，坐標(biāo)的選取如下圖。 分析x方向的受力平衡情況：作用于微元體上的質(zhì)量力在x方向的投影為 ，設(shè)六面體形心處的靜壓強(qiáng)為p，則作用在左面ABCD上的總壓力為 作用在右面EFGH上的總壓力為,二、氣體流動(dòng)的基本原理- (一)靜力學(xué)基本方程式,22,

12、因此作用在該微元體x方向的表面力為： 建立x方向受力平衡關(guān)系式 上式除以微元體質(zhì)量 ，得： 同理從y、z方向建立受力平衡關(guān)系式有： （1）,23,上式即為靜止流體平衡微分方程，也稱歐拉平衡微分方程。 將（1）中三個(gè)方程交叉求導(dǎo)得：（不可壓縮均質(zhì)流體 ）

13、 （2） （2）式表明存在勢函數(shù)W（x、y、z）滿足：,24,將（1）式中三個(gè)方程分別乘以dx、dy、dz再相加得： 所以： （3） 這就是流體平衡壓強(qiáng)分布規(guī)律的基本微分關(guān)系式。由（3）式可以看出靜止流體的一些特性：等壓面也是等勢面。等壓面與質(zhì)量力正交。,25,質(zhì)量力只有重力時(shí)靜力學(xué)基本方程

14、在實(shí)際應(yīng)用中，作用在平衡流體上的質(zhì)量力常常只有重力，以下就討論重力場中靜止流體的壓強(qiáng)分布規(guī)律。 對靜止流體，因： 由（3）式有 時(shí)，將上式積分得： （4） 對于靜止流體中任意兩點(diǎn)，有 （5） （4）（5）兩式均為不可壓縮流體靜力

15、學(xué)基本方程。,2、流體靜力學(xué)基本方程,26,其中 和 均具有長度量綱， 表示某點(diǎn)所在的位置距基準(zhǔn)面的垂直高度稱為位置水頭， 稱為壓力水頭， 稱為測壓管水頭。由靜力學(xué)基本方程 可以看出靜止流體中各點(diǎn)位置水頭和壓力水頭可以相互轉(zhuǎn)換，但各點(diǎn)測壓管水頭相等并為一水平線，如圖1、2兩點(diǎn)的測壓管液位在同一位置高度。,27,3、絕對壓強(qiáng)、相對壓強(qiáng)、真空值 絕對壓強(qiáng) ：以絕對真

16、空狀態(tài)的壓強(qiáng)為零點(diǎn)計(jì)量的壓強(qiáng)值。 相對壓強(qiáng) ：以當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤鳛榱泓c(diǎn)計(jì)量的壓強(qiáng)值。 真空值 ：以當(dāng)?shù)卮髿鈮鹤鳛榱泓c(diǎn)計(jì)量的小于大氣壓的數(shù)值。 從上面定義可知：絕對壓強(qiáng)的數(shù)值只可能為正，而相對壓強(qiáng)的數(shù)值則可正可負(fù)。如右 圖，三者的關(guān)系可表達(dá)為：,28,對處于平衡狀態(tài)氣體內(nèi)部的任意兩點(diǎn)：,氣體靜力學(xué)基本方程可表示為：P1+ρgZ1= P2+ρgZ2,對于溫度均勻、密度均勻的靜止氣體，壓強(qiáng)的分布關(guān)系是：下部

17、氣體壓強(qiáng)較上部大，二者差值為ρgH,即與其高度有關(guān)。,例題：有一個(gè)窯爐，內(nèi)部充滿熱煙氣，煙氣溫度為1000℃，煙氣的標(biāo)態(tài)密度為1.30kg/Nm3；窯外空氣溫度為20℃，空氣的標(biāo)態(tài)密度為1.293kg/Nm3，窯底處內(nèi)、外壓強(qiáng)相等為1個(gè)大氣壓。求：距離窯底0.7m處窯內(nèi)、外氣體壓強(qiáng)各為多少？相對壓強(qiáng)為多少？,,,29,解：根據(jù)公式ρt /ρo=To /Tt，則煙氣、空氣分別在1000℃、20℃時(shí)的密度： ρa(bǔ)=1.293

18、15;273/293=1.21kg/m3 ρf =1.30×273/(273+1000)=0.28kg/m3 根據(jù)基本方程式求出氣體壓強(qiáng)： pa1=pa2-ρa(bǔ)gH=101325-1.21×9.81×0.7=101317Pa pf1=pf2-ρfgH=101325-0.28×9.81×0.7=101323Pa 距窯底0.7m處相對壓強(qiáng)

19、 pf1-pa1=101323-101317=6Pa。,30,二、氣體流動(dòng)的基本原理-（二）連續(xù)性方程式,連續(xù)性方程是質(zhì)量守恒定律在流體力學(xué)中的具體表達(dá)式。 1、三維流動(dòng)連續(xù)性方程 假定流體連續(xù)地 充滿整個(gè)流場，從中 任取出以 點(diǎn)為中心的微小六面 體空間作為控制體如 右圖?？刂企w的邊長 為dx，dy，dz，分別 平行于直角坐標(biāo)軸x，,31,y，z。設(shè)控制體中心點(diǎn)處

20、流速的三個(gè)分量為 ,液體密度為 。將各流速分量按泰勒級(jí)數(shù)展開，并略去高階微量，可得到該時(shí)刻通過控制體六個(gè)表面中心點(diǎn)的流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度。例如：通過控制體前表面中心點(diǎn)M的質(zhì)點(diǎn)在x方向的分速度為 通過控制體后表面中心點(diǎn)N的質(zhì)點(diǎn)在x方向的分速度為 因所取控制體無限小，故認(rèn)為在其各表面上的流速均勻分布。所以單位時(shí)間內(nèi)沿x軸方向流入控制體的質(zhì)量為,32,流出控制體的質(zhì)量為 于是，單位時(shí)間內(nèi)在x方向流出與流入控

21、制體的質(zhì)量差為 同理可得在單位時(shí)間內(nèi)沿y，z方向流出與流入控制體的質(zhì)量差為 和 由連續(xù)介質(zhì)假設(shè)，并根據(jù)質(zhì)量守恒原理知：單位時(shí)間內(nèi)流出與流入控制體的質(zhì)量差的總和應(yīng)等于六面體在單位時(shí)間內(nèi)所減少的質(zhì)量。所以,33,整理得 此式即為連續(xù)性微分方程的一般形式。適用于定常流及非定常流。 對于定常流： ，上式成為 對于均質(zhì)不可壓縮流體 ，則不

22、論定常流或非定常流均有 對二維流動(dòng)連續(xù)性微分方程為 上面四個(gè)方程對于理想流體和實(shí)際流體均適用。,34,2、一維不可壓縮流體定?？偭鬟B續(xù)性方程 如圖，從總流中任取一段，進(jìn)、出口斷面的面積分別為A1、A2，在從總流中任取一個(gè)元流，其進(jìn)、出口斷面的面積和流速分別為dA1、v1；dA2、v2。根據(jù)質(zhì)量守恒原理，單位時(shí)間內(nèi)從dA1流進(jìn)的流體質(zhì)量等于從dA2流出的流體質(zhì)量，即 對于不可壓縮均質(zhì)流體，

23、 。上式變?yōu)?總流是流場中所有元流的總 和，所以由上式可寫出總流 連續(xù)性方程,35,1、理想流體運(yùn)動(dòng)微分方程的伯努利積分 歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程只能在滿足某些特定條件的情況下才能求其解。這些特定條件為：定常流 均質(zhì)不可壓縮流體，即 ；質(zhì)量力有勢，設(shè)W（x、y、z）為質(zhì)量力勢函數(shù)，則：,二、氣體流動(dòng)的基本原理-（三）伯努利能量方程,36,對定常的有勢質(zhì)量力沿流線積分

24、 在定常流條件下沿流線積分就是沿跡線積分，沿流線取微元位移ds（dx，dy，dz）則有 上述積分條件稱為伯努利積分條件。將流線上所取的ds的三個(gè)分量dx，dy，dz分別乘歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程式，然后將三個(gè)等式相加得,37,利用上述四個(gè)積分條件得 因 為常數(shù)，故上式可以寫為 積分得 此式即為歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程的伯努利積分，它表明：對于不可壓縮理想流體，在有勢質(zhì)量力作用下作定常流

25、時(shí)，在同一條流線上 值保持不變，該常數(shù)值稱為伯努利積分常數(shù)。對于不同的流線伯努利積分常數(shù)一般不相同。,38,2、重力作用下理想流體元流的伯努利方程 當(dāng)元流的過流斷面面積趨于0時(shí)，元流便是流線。所以前式也適用于元流。 若作用在理想流體上的質(zhì)量力只有重力，則有 將其代入前式得 對元流任意兩斷面的中心點(diǎn)或一條流線上的任意兩點(diǎn)1與2，上式可改寫為 此

26、式即為理想流體元流或流線的伯努利方程。,39,3、理想流體元流伯努利方程的幾何意義與能量意義 (1)、幾何意義 伯努利方程式每一項(xiàng)的量綱與長度相同，都表示某一高度。如圖： ：表示研究點(diǎn)相對某一基準(zhǔn)面的幾何高度，稱位置水頭。 ：表示研究點(diǎn)處壓強(qiáng)大小的高度，表示與該點(diǎn)相對壓強(qiáng)相當(dāng)?shù)囊褐叨龋Q壓強(qiáng)水頭。 ：稱測壓管水頭。 ：表示研究點(diǎn)處速度大小的高度，

27、 稱流速水頭。 ：稱總水頭。,40,伯努利方程表明重力作用下不可壓縮理想流體定常流動(dòng)過程中三種形式的水頭可互相轉(zhuǎn)化，但總水頭沿流程守恒。 (2）、能量意義 ：表示單位質(zhì)量流體對某一基準(zhǔn)具有的位置勢能。 ：表示單位質(zhì)量流體具有的壓強(qiáng)勢能。 ：表示單位質(zhì)量流體具有的動(dòng)能。 伯努利方程也表明重力作用下不可壓縮理想流體定常流動(dòng)

28、過程中單位重量流體所具有的位能、動(dòng)能和壓強(qiáng)勢能可互相轉(zhuǎn)化，但總機(jī)械能保持不變。,41,例：如圖，風(fēng)機(jī)吸入口直徑200mm， 壓力測量計(jì)測得水柱高度40mm， 空氣密度1.2kg/m3， 不計(jì)氣體流動(dòng)過程的能量損失，求風(fēng)機(jī)的風(fēng)量？,解：選取圖中I－I、II－II截面，列出柏努利方程式： p1+ρgz1+ρu12/2=p2+ρgz2+ρu22/2+hl1-2 因I、II截面處于同一高度，有z1=

29、z2；空氣靜止u1=0；不計(jì)壓頭損失，hl1-2=0，得到：p1=p2+ρu22/2,因?yàn)镻1為大氣壓強(qiáng)，p2=p1-40×9.81=p1-392.4， 所以有 ρu22/2 =392.4，u2=(392.4×2/1.2)0.5=25.6m/s 流量qv=uF=25.6×(π/4)×0.22=0.804 m3/s。,42,3、硅酸鹽窯爐中的伯努利方程,,1

30、 1,2 2,,ρ,ρa(bǔ),冷熱氣體共存,,,,Z1,,,Z2,(1),(2),,,,Z2,Z1,（1）-（2）,43,剩余幾何壓頭hge,剩余靜壓頭hs,剩余動(dòng)壓頭hk,壓頭損失,,,,,基準(zhǔn)面在下面,44,基準(zhǔn)面在上面,45,4、壓頭轉(zhuǎn)換關(guān)系,hge,hs,hk,∑hl,,,,,,,,46,實(shí)例1：,,,,,1,1,2,2,,1 1,2

31、2,,ρ,ρa(bǔ),,,,Z1,,,Z2,,,,Z2,Z1,實(shí)例2：,ν1,ν2,v,47,例：如圖所示倒焰窯，高3.2m，窯內(nèi)煙氣溫度為1200℃，煙氣標(biāo)態(tài)密度ρf,0=1.3kg/Nm3，外界空氣溫度20℃，空氣標(biāo)態(tài)密度ρa(bǔ),0=1.293kg/Nm3， 當(dāng)窯底平面的靜壓頭為0Pa，-17Pa，-30Pa時(shí)，不計(jì)流體阻力損失，求三種情況下，窯頂以下空間靜壓頭，幾何壓頭分布狀況。,48,解：根據(jù)題意分析，由于窯爐空間氣體流速不大，可近似采

32、用兩氣體靜力學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算。選擇截面如圖，基準(zhǔn)面選擇在窯頂II－II截面上。列出靜力學(xué)方程式 hs1 +hg1 = hs2 +hg2由于基準(zhǔn)面取在截面II上，hg2= 0代入具體公式進(jìn)行計(jì)算：hg1 = Hg(ρa(bǔ)-ρf)ρa(bǔ) = ρa(bǔ),0·T0/T = 1.293×273/293 = 1.20kg/m3 ρf = ρf,0·T0/T = 1

33、.30×273/1473 = 0.24kg/m3hg1 = 3.2×9.81×(1.20-0.24 )= 30Pa,49,當(dāng)hs1 = 0時(shí)，hs2 = hg1 = 30Pa 當(dāng)hs1 =-17時(shí)，hs2 = -17 + 30 = 13 Pa 當(dāng)hs1 =-30時(shí)，hs2 = -30 + 30 = 0 Pa 在第一種情況下，窯爐空間的靜壓頭、幾何壓頭分布如圖a所示

34、。其能量總和為：hs+hg=c1=30Pa 在第二種情況下，窯爐空間的靜壓頭、幾何壓頭分布如圖b所示。其能量總和為：hs+hg=c2 =13Pa 在第三種情況下，窯爐空間的靜壓頭、幾何壓頭分布如圖c所示。其能量總和為：hs+hg=c3 =0,50,例:熱氣體沿豎直管道流動(dòng)，如圖1.8所示，密度ρh= 0.75kg/m3，外界空氣密度1.2kg/m3， I－I面動(dòng)壓頭12Pa， II－II面動(dòng)壓30Pa，沿程壓

35、頭損失15Pa，I－I面相對靜壓頭200Pa，求氣體由上而下運(yùn)動(dòng)和氣體由下而上運(yùn)動(dòng)II－II的相對靜壓頭為多少？繪出兩種情況的能量分布圖。,51,解：氣體由上而下流動(dòng) hs1+hg1+hk1=hs2+hg2+hk2+hl1-2 選I－I為基準(zhǔn)面，hg1 = 0 hs1-hs2 = hg2 + (hk2-hk1)+hl1-2 200-hs2 = 10g(1.2-0.75) + (30-12)

36、 +15 hs2 = 123Pa 其壓頭能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換關(guān)系為： hs→hk→hl ↓ hg,52,氣體由下而上流動(dòng)，有：hs2+hg2+hk2 = hs1+hg1+ hk1 + hl2-1 選I－I為基準(zhǔn)面，hg1 = 0 則： hs1-hs2 = hg2 +

37、 (hk2 -hk1)-hl2-1 200-hs2 = 10g(1.2-0.75) + (30-12)-15； hs2 =153Pa其壓頭能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換關(guān)系為： hk→hl ↓ hg→hs,53,二、氣體流動(dòng)的基本原理-（四）阻力損失,1、摩擦阻力 氣體在

38、管道內(nèi)流動(dòng)，由于管壁的摩擦作用以及氣體內(nèi)部的摩擦作用，形成了管道對氣體的摩擦阻力。 摩擦阻力的計(jì)算式： hlm = lλ/d·(ρu2/2) Pa 式中λ:摩擦阻力系數(shù)； l :管道長度，m； d :管道直徑，對非圓形管道取當(dāng)量直徑de； ρu2/2 ：氣體動(dòng)壓頭，Pa,54,氣體在直管內(nèi)做層

39、流流動(dòng)時(shí)，摩擦阻力系數(shù)λ= 64/Re， 式中：Re，雷諾數(shù)； 氣體做湍流流動(dòng)時(shí)，摩擦阻力系數(shù)不僅與Re有關(guān)，還與管壁粗糙度有關(guān)， λ=A/Ren,55,當(dāng)氣體管道發(fā)生局部變形，如擴(kuò)張、收縮、拐彎、通道設(shè)閘板等障礙。氣流速度與方向均發(fā)生變化，局部阻力hlj計(jì)算式： hlj = K (ρu2/2) K－局部阻力系數(shù)，K決定于

40、局部阻力性質(zhì)（障礙形狀與尺寸）,2、局部阻力,56,第二節(jié) 窯爐系統(tǒng)內(nèi)不可壓縮氣體的流動(dòng),一、不可壓縮氣體通過小孔的流出和吸入,1．縮流現(xiàn)象,當(dāng)氣體由一較大的空間突然經(jīng)過小孔向外流出時(shí)、氣體的靜壓頭轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)壓頭，其壓強(qiáng)降低，速度增加，在流出氣體的慣性作用下，氣流發(fā)生收縮、在Ⅱ截面處形成一個(gè)最小截面F2 ——縮流。,縮流系數(shù)?,57,2 ．氣體通過小孔的流出,Ⅰ截面取在窯內(nèi)，Ⅱ截面取在氣流最小的截面上,因Z1=Z2，ρ1=ρ2，所以,,

41、；又因F1》F2，ω1《ω2,所以hk1可忽略；又因P2=Pa，所以hs2=0.因此方程簡化為,令,58,薄壁和厚壁：按氣流最小截面的位置來劃分的。凡氣流最小截面在孔口外的壁稱為薄壁，在孔口內(nèi)的壁稱為厚壁。構(gòu)成厚壁的條件是：?≥3.5de,ζ-局部阻力系數(shù)； Pa-外界的氣壓，Pa；P1-Ⅰ截面上的壓強(qiáng)，Pa；ρ-窯內(nèi)氣體的密度，kg/m3φ-速度系數(shù)，與氣體流出時(shí)的阻力相關(guān)。通過小孔F截面流出的氣體體積流量

42、V為：,式中：δ-壁的厚度，m； de-孔口的當(dāng)量直徑，m。,(m3/s),59,3．氣體通過小孔的吸入,二、不可壓縮氣體通過爐門的流出和吸入,m3/s,氣體通過爐門流出和吸入量的計(jì)算原理與孔口相似，但要考慮爐門高度上靜壓頭變化的影響。,60,1 ．氣體通過爐門的流出,無論是哪種形狀的爐門， 單位時(shí)間內(nèi)通過微元面積dF的流量，可用氣體通過小孔的流量公式來計(jì)算：,Z為基準(zhǔn)面，窯底處為零壓,61,爐門氣體體積流

43、出量的近似計(jì)算式,m3/s,62,Z。較大時(shí)，兩式的誤差是很小的，計(jì)算結(jié)果很接近。,63,2．氣體通過爐門的吸入,自行推導(dǎo),m3/s,爐門氣體體積吸入量的近似計(jì)算式,64,三、分散垂直氣流法則,1 ．分散垂直氣流,當(dāng)一股氣流在垂直通道中被分別成多股平行小氣流時(shí)－分散垂直氣流,65,2 ．分散垂直氣流法則,在分散垂直通道內(nèi)．熱氣體應(yīng)當(dāng)自上而下流動(dòng)才能使氣流溫度均勻分布；同樣，冷氣體應(yīng)當(dāng)自下而上流動(dòng)才能使氣流溫度均勻分布。此法則上要應(yīng)用于

44、幾問壓頭起主要作用的通道內(nèi)，如果通道內(nèi)的阻力很大，此法則就不適用。,原理：氣體自上而下流動(dòng),A通道,B通道,幾何壓頭為阻力,66,原理：氣體自下而上流動(dòng),A通道,B通道,幾何壓頭為推動(dòng)力,67,第三節(jié) 引導(dǎo)氣體流動(dòng)的設(shè)備,引導(dǎo)氣體流動(dòng)的設(shè)備,,自然通風(fēng)設(shè)備,人工通風(fēng)設(shè)備,,,煙囪,風(fēng)機(jī)、噴射器,68,一、自然排煙與機(jī)械排煙的比較,69,二、煙囪,1 煙囪的工作原理,煙囪能夠自然排煙的原理是由于煙囪中的熱煙氣受到大氣浮力的作用，使之由

45、下而上自然流動(dòng)，在煙囪底部形成負(fù)壓，而使窯內(nèi)熱煙氣能源源不斷地流入煙囪底部。,70,列出窯內(nèi)火焰空間(1一1面)和煙囪底部(2—2面)二截面的二流體伯努列方程式：,表示單位體積煙氣在窯爐系統(tǒng)中的總能量損失或稱總阻力，包活摩擦阻力、局部阻力、氣體動(dòng)壓頭及幾何壓頭增量等。,式中：ρ-煙囪內(nèi)熱煙氣的平均密度，kg/m3； ∑hl1-2-從1-1截面到2-2截面之間所有的摩擦阻力和局部阻力之和，Pa,,,已知Z1=0,hs1=P1-Pa1=

46、0,Z2=H1,所以,71,列出煙囪底部和頂部二截面的伯努利方程式,式中：ρm——煙囪中熱煙氣的密度，Kg/m3； hf——煙氣在煙囪中的摩擦阻力，Pa,λ—煙囪的摩擦阻力系數(shù)；dav—煙囪的平均直徑；ωav—煙囪內(nèi)煙氣的平均流速,72,移項(xiàng)（hs3=P3-Pa3=0）,73,2 煙囪的種類,煙囪,,磚煙囪,鋼筋混凝土煙囪,鋼板煙囪,,,,出口直徑0.8~1.8m,出口直徑<0.7m,出口直徑1.4~

47、3.6m,,,,方或圓截面上小下大,圓截面上小下大,直筒形,74,3 煙囪的熱工計(jì)算,煙囪的熱工計(jì)算包括高度和直徑計(jì)算。,煙囪的頂部內(nèi)徑計(jì)算,連續(xù)性方程,自然通風(fēng)時(shí)，ωT=2-4Nm/s；人工排煙時(shí)ωT=8-15Nm/s,ωT太小，易倒風(fēng)； ωT過大，阻力增大,75,煙囪的底部內(nèi)徑計(jì)算,煙囪的估算高度H’計(jì)算,磚煙囪和混凝土煙囪通常是頂部直徑小而底部直徑大的錐形體，其斜率為1-2%,式中K為儲(chǔ)備系數(shù)，K=1.2-1.3,76,校

48、核,H-H’,,H’,*100%=,,<5%合理,>5%不合理，重新計(jì)算,煙囪的高度計(jì)算,77,4 設(shè)計(jì)煙囪的注意事項(xiàng),（1）空氣密度的計(jì)算以夏季最高氣溫計(jì)算；（2）空氣濕度大時(shí)，選擇濕空氣密度；（3）地處高原或山區(qū)，要考慮氣壓的影響；（4）附近有飛機(jī)場，應(yīng)不妨礙飛機(jī)的升降。煙囪高度一般不超過20米；（5）煙囪高度應(yīng)符合環(huán)衛(wèi)部門要求；（6）對環(huán)境無害；（7）充分考慮“余”量；（8）數(shù)窯合用一煙囪，煙道應(yīng)并聯(lián)，

49、排煙阻力取最大一窯數(shù)據(jù)，煙氣量取幾座窯的總煙氣量。,78,例經(jīng)煙囪排出的最大標(biāo)態(tài)煙氣量V0=12000Nm3/h，煙氣底部溫度400℃，該區(qū)7月份地面平均溫度為27℃，平均氣壓為96000Pa，煙囪底部負(fù)壓為130Pa，計(jì)算煙囪直徑和高度。,79,解：取煙氣出口標(biāo)態(tài)流速ωT= 3Nm/s， 煙囪出口直徑dT = (4V0/π ωT)0.5 = [4×12000/(3600

50、×3×3.14156)]0.5 = 1.19 m， 取dT= 1.2 m，底部直徑dB= dT+0.02H' = 1.19+0.02*31=1.81 m 煙囪底部負(fù)壓，考慮30%的儲(chǔ)備能力，∑h = 1.3×130 = 169Pa 空氣密度ρa(bǔ)， ρa(bǔ) = 1.293×273/300 = 1.18 kg/m3 煙囪底部煙氣密度ρm， ρm = 1.3

51、15;273/673 = 0.53 kg/m3 初步確定煙囪高度H‘ ，H’ = ∑h /g(ρa(bǔ) -ρm) = 169/9.81(1.18-0.53) = 26.5 m，取31m 煙囪頂部溫度t2 ，每米落差取為2℃/m， t2= 400－2×31 = 338℃ 煙氣平均溫度tm，tm = (400+338)/2= 369℃ 煙氣平均溫度下的密度ρ，ρ= 1.3×273/64

52、2 = 0.55 kg/m3,80,煙囪頂部煙氣實(shí)際流速ωT : ωT = 3×611/273 = 6.71 m/s煙囪底部煙氣實(shí)際流速ωB :ωB = [12000/(3600×3.14×1.82/4)]×(673/273 )= 3.23 m/s煙囪平均直徑dm，dm = (1.2+1.8)/2 = 1.5 m煙囪平均截面積Fm = 3.14×1.52/4 = 1.77 m2

53、煙氣平均流速ωm， ωm = 12000/(3600×1.77)·642/273 = 4.43 m/s將所有數(shù)據(jù)代入下式 169 =H×9.81×(1.18-0.55)×96000/101325-0.55/2 × （6.712-3.232）-0.05×0.55×4.432/2×H/1.5 H =31.43 m

54、相對誤差（H-H’）/H’ ×100%= 1.39%，計(jì)算正確。,81,1. 某窯爐的窯墻厚為240mm，窯墻上有一直徑為200mm的小孔，窯內(nèi)氣體溫度為1000℃，標(biāo)態(tài)密度為1.32kg/Nm3，窯外空氣溫度為20℃ ，標(biāo)態(tài)密度為1.293kg/Nm3， 。窯內(nèi)零壓面在小孔上方，據(jù)小孔中心1.0米處。試求小孔的漏氣量并分析通過該孔的氣體吸入及溢出現(xiàn)象。（薄壁孔口μ為0.62，厚壁孔口μ為0.82）,82,2．某工廠有三座窯擬

55、合用一煙囪，已知煙氣總流量為36000 m3／h（最大）和25000 m3／h（最小），煙囪內(nèi)煙氣的平均溫度為350℃，標(biāo)態(tài)密度為1.32kg/Nm3。各座窯要求煙囪底部的抽力分別為：1號(hào)窯147Pa， 2號(hào)窯108Pa，3號(hào)窯118Pa。外界空氣溫度為：冬季0℃，夏季30℃，標(biāo)態(tài)密度為1.293kg/Nm3。煙囪內(nèi)的摩擦阻力系數(shù)為0.05，底部直徑與頂部直徑之比為1.4，離開煙囪時(shí)的煙氣流速為4Nm/S。試求（1）煙囪的頂部直徑；（2