【热工学教案】气体力学计算.docVIP

第5章 气体力学计算 冶金炉内气体流动的显著特征： 第一：炉内气体为热气体（即炉内气体的温度高于周围大气的温度）； 第二：炉内热气体总是与大气相通的，而且炉内热气体的密度小于周围大气的密度，所以炉内气体的流动状况受大气的影响。 (5.1 热气体相对于大气的特殊规律 一、热气体的压头 单位体积流体的能为： 位能：ρgz 静压能：P 动能： 对于炉内热气体在流动过程中，虽然同样具有这三种能量，但由于周围大气对其流动的影响，这三种能量只能用相对值来表示，即 单位（体积）热气体所具有的位能与外界同一平面上单位（体积）大气所具有的位能之差称为位压头。同理也有动压头和静压头之称呼。但是在通常情况下，大气的流速比流体的流速小得多，所以热气体的动压头也就是热气体本身所具有的动能。 1.热气体的位压头——几何压头 (1)阿基米德浮力原理 (2)有效重力 设流体的密度为,体积V，大气的密度为，则流体在大气中所受到的浮力为 流体本身的重力为 有效重力为 单位体积流体的有效重力为 当时有效重力为正,方向竖直向下,流体在大气中下沉;反之则流体在大气中上浮,由于热气体温度高于大气温度,所以,故热气体有效重力为负,方向向上,热气体在大气中有自动上浮的趋势。 (3)热气体的位压头及其分布规律 如图5-1-2所示 取0—0`为基准面，则热气体的位压头为 - 当基准面取在上方，高度向下量度时为正，故 （此时H为正值） 分布规律：线性，上小下大 注意：由于热气体有自动上升趋势，所以热气体由下向上流动时，位压头是流动的动力。反之，热气体自上向下流动时，位压头应作阻力来对待。 2.热气体静压头及其分布规律 (1)定义：热气体的静压头与同一水平面大气静压头压力之差，即相对压力，常称做表压力，用hs表示。 (2)分布规律 A .静止液体表压力分布规律：上小下大 B.热气体表压力分布规律：上大下小 注意： 当在某一平面上，热气体的表压力为零时，称此面为零压面。在零压面以上，热气体表压力为正，若有缝隙，则热气体将外逸。反之，在零压面以下，热气体表压力为负，冷空气将会被吸入。冶金炉的操作过程中常将零压面控制在炉底上，使炉膛呈正压区，而烟道则为负压区。 3.热气体的动压头 由定义知，热气体的动压头 二、热气体平衡方程式 三、热气体管流伯努利方程式（双流伯努利方程式） 1.表达式：实际流体管流伯努利方程式为 热气体管流伯努利方程式为 即 四、热气体管流时的阻力损失计算 表达式 计算特点说明： 1.摩擦阻力损失hf计算 的选择按圆管内流磨阻力计算式计算，工程上一般按经验式。 L为计算段长度，D为当量直径，Wo 取经济流速，t取时间段的平均值。 2.局部阻力损失的计算 hr 局部阻力系数仍按附表6查出， wo 仍取经济流速，温度则取对应与w 的温度。 3.热气体自上而下流动时，位压头作为阻力损失考虑，反之，热气体自下而上流动时，位压头应从阻力损失中减去。 4.两截面上的压头损失等于两截面上表压力之差。 (5.2 排烟系统及烟囱 排烟系统及烟囱的重要性 一、烟囱 1.烟囱的工作原理 烟囱能将烟气从炉尾经烟道烟囱排入大气，是因烟囱底部具有抽力，亦称吸力。烟囱产生抽力的原因是热气体相对于大气的特殊规律造成的。 如图5-2-1，在烟囱内等温情况下 差值△，所以气体能自动地由炉膛入口并排入大气，称自动通风。实际上△P即为烟囱底部截面对烟囱顶部截面所产生的位压头，所以，烟囱底部的位压头是烟囱排烟的动力。 如图5-2-2，以3-3为基准面，在气体静止状态下列出2-2与3-3截面的伯氏方程得公式 由此式可得出，烟囱底部表压力为负值（称为抽力或吸力）该抽力称理论抽力。它是由位压头产生的，而且与烟囱的高度 H、大气的温度ta，烟囱温度tg等因素有关。 若烟气在烟囱内流动，则其实际抽力为 2.烟囱计算 在冶金炉中不论是设计新烟囱，还是对建成的烟囱进行校核，其原理是相同的，现以新设计烟囱为例说明其计算方法。 由烟囱的工作原理可知 但此式不能直接用来计算烟囱的高度H，因为式中很多参数均与H有关。所以只能用试算法，其步骤如下： (1)烟囱实际抽力hv的计算 (2)烟囱内动压头增量的计算 (3)烟囱内阻损失hl的计算 (4)空气及烟气密度计算 3.烟囱设计计算中的注意事项 (1)当几个炉子共用一个烟囱时，在计算hv时，应选用比较大的那炉子的数值。 (2)计算烟囱出口及底部直径所用的烟气流量vo，应用两个炉子烟气流量之和。 (3)考虑到环境保护问题，烟囱的高大至少应高出周围建筑物3米。 (4)布置烟道时，应尽量减少阻力损失。 (5.3 供气