1-2窑炉系统内的气体流动.pptVIP

* * * * 硅酸盐工业热工基础 主讲 张高文 化学与环境工程学院 1.2 窑炉系统内的气体流动 1.2.1 不可压缩气体的流动 在硅酸盐窑炉系统内，气体的流动有： 气体从孔口和炉门的流出或吸入 气体在窑炉内的垂直流动 气体在窑炉内的水平流动 窑炉系统中的低压空气和烟气的压强近似于外界大气压强，且流速不大，在流动过程中的压强变化不超过0.5% ；另外系统每段的温度变化不大，气体密度变化不超过20%，可看作不可压缩气体。 本节主要内容： （1）气体从孔口和炉门的流出或吸入 （2）气体流动的分散垂直气流法则 （1）气体从窑炉内的流出或吸入 气体从窑炉内的流出或吸入，即为气体从窑炉小孔和炉门的流出或吸入。 当窑炉系统的两侧存在压差时，气体就会通过小孔和炉门从压强高的一侧流向压强低的一侧： （1）气体从窑炉内的流出或吸入 窑炉系统内为正压时窑内气体会流出； 窑炉系统内为负压时外界气体会被吸入。 2 2 1 1 pa p1 1 2 2 1 pa p 1）气体通过小孔的流出或吸入 当气体由一较大的空间突然经过小孔向外流出时，将出现缩流现象： 气体的静压头转变为动压头； 其压强降低； 速度增加； 气体发生收缩，在某一截面处形成一个最小截面。 1）气体通过小孔的流出或吸入 w1 p1 ρ1 F1 w2 p2 ρ2 F2 Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ 气流最小截面 F2 与小孔截面F 的比值称为缩流系数ε（epsilon 伊普西龙）： F 图中，截面Ⅰ取在窑内，截面Ⅱ取在气流最小的截面上，它们的物理参数分别为 和 。 w1、p1 、ρ1 w2、p2 、ρ2 w1 p1 ρ1 F1 w2 p2 ρ2 F2 Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ 此时Ⅰ、Ⅱ截面间的伯努利方程为： F w1 p1 ρ1 F1 w2 p2 ρ2 F2 Ⅱ Ⅰ Ⅱ Ⅰ 取小孔中心线所在的水平面为基准面。则：hge1=hge2; F1 F2，w1 w2， 所以hk1可以忽略； 因p2=pa，所以hs2=0。 F 令 w2—断面Ⅱ的平均流速，m/s ρ—窑炉内气体的密度，kg/m3 —速度系数，与气体流出时的阻力有关 pa—外界的气压，Pa ξ—局部阻力系数 fai 通过小孔F截面流出的气体体积流量V为： 流量系数 缩流系数 速度系数 之值均由试验确定，如教材表1-3。薄壁和厚壁的缩流系数 和流量系数 相差较大。 薄壁和厚壁？ —— 按气流最小截面的位置来区分。 凡气流最小截面在孔口外的壁为薄壁； 在气流最小截面在孔口内的壁为薄壁 构成厚壁的条件是： d δ 厚壁的缩流系数比薄壁的大得多，故厚壁的流量系数要比薄壁大。 delt 通过小孔F截面吸入的气体体积流量V为： 1 2 2 1 pa p 吸 入情况（即负压操作时）： 2）气体通过炉门的流出或吸入 气体通过炉门流出和吸入量的计算原理与孔口相似，只是炉门直径较大，具有一定的高度，在计算时要考虑炉门高度上的几何压头变化对气体流出和吸入量的影响。 对于矩形炉门，设炉门的宽度为B，高度为H，在距窑炉底（此处为零压）z处取一微小单位带，高度为dz。 此微小单元带的面积dF为： 无论是哪种形状的炉门，单位时间内通过微元面积dF 的流量，可用气体通过小孔的流量公式来计算： A) 气体通过炉门的流出（炉内正压） 零压面 要考虑炉门高度上的几何压头变化对气体流出和吸入量的影响，式中就要引入变量z，即用几何压头来表示静压头。 窑底处（为零压）与高度为z的截面之间的热气体伯努利方程可简化为： 基准面 单位时间内通过微元面积dF 的流量 1 2 对于整个炉门的气体溢出量用积分可求： 上式中流量系数可看作常数，即认为是整个炉门的平均流量系数 ， 上式积分可得： B) 气体通过炉门的吸入(炉内负压) 有一矩形炉门，宽B=0.5m，高H=0.5m，窑内气体温度tg=1600℃，密度ρg0=1.315kg/Nm3；外界空气温度ta=20 ℃，密度ρa0=1.293kg/Nm3；零压面在炉门下缘以下，距炉门中心0.75m，流量系数0.6。求炉门开启时气体溢出量。 解： （1）先求出实际温度下气体密度 （2）求气体溢出量 也可以采用下式计算： （2）分散垂直气流法则 窑炉内分散垂直通道要求温度分布均匀，那么， 怎么才能够使温度分布均匀呢？ 分散垂直气流法则回答了这个问题。 问题 Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅰ （2）分散垂直气流法则 分散垂直气流：在窑炉内，由一股气流在垂直通道中被分割成的多股平行小气流。 如气体在倒焰窑的料垛之间、立式蓄热室的格子体内流动。 图中气体自上而下流动，至截面Ⅰ后分成两股气流，分别在a、b道中垂直流