气体力学及其在窑炉中的应用.docVIP

山 东 理 工 大 学 教 案 第 1 次课 教学课型：理论课√ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 技能课□ 其它□ 主要教学内容（注明：* 重点 # 难点 ）： 第一章 气体力学在窑炉中的应用 气体力学基础 一、气体的物理属性 （一）、理想气体状态方程 （二）气体的膨胀性与压缩性 （三）气体的粘性 教学目的要求：掌握理想气体状态方程与多变方程、气体膨胀性、压缩性及粘性 教学方法和教学手段：讲授 讨论、思考题、作业： p63【1-3】 p64【1-3】 参考资料：沈慧贤，胡道和. 《硅酸盐热工工程》. 武汉工业大学出版社，1996 注：教师讲稿附后 第一章 气体力学及其在窑炉中的应用 气体力学是从宏观角度研究气体平衡及其流动规律的一门科学。 硅酸盐窑炉中的气体有多执而主要的是烟气和空气。它们起着载热体、反应剂、雾化剂等的作用。纵观整个窑炉工作过程，从燃料的气化、雾化、燃烧加热制品，余热回收直到烟气排出，自始至终都离不开气体流动。本章研究的中心问题就是气体流动。 气体流动与窑炉的操作和设计有密切关系。如气流的流动形态、速度和方向对热交换 过程有影响， 气流的混合对燃料燃烧过程有影响， 气流的分布对炉温、炉压的控制有影 响，气流的压强和流动阻力对排烟系统和装置构设计有影响等等。 窑炉中的气体流动过程常伴随有燃烧、传热、传质以及某些化学反应。它们对气体流 动有一定的影响。本章的叙述暂不考虑这种影响，只讨论气体流动本身的规律。 本章应掌握重点内容： 流体力学的基本概念（理想气体、滞止状态、临界状态、马赫数、音速等等） 流体稳定流动时的计算（连续性方程、能量方程、动量方程） 牛顿内摩擦定律，雷诺准数 阻力计算 渐缩管、拉法尔管的流动特性 烟道与喷射器的计算与设计 第一节 气体力学基础 气体力学是流体力学的一个分支，流体力学的一些基本定理同样适用于气体力学。在流体力学中讨论液体居多，而在硅酸盐窑炉内流动的主要是热气体。它的某些性质与液体不同，甚至与常温气体亦有别。所队在研究气体力学之机必须先熟悉气体的性质。 本节从最简单的理想气体入手，虽然真正意义的理想气体并不存在，但对理想气体的研究对解决实际问题有着重要的指导意义。 一、气体的物理属性 气体的物理属性对其流动规律有很大影响，主要了解它的力学和热学性质。 (一)理想气体状态方程 PV=mRT 或 P=RT 式中 P——气体的绝对压强，N／m3或Pa； V——气体体积，m3； P——气体的密度，kg／m3; T——气体的绝对温度，K； R——气体常数，J／kg·K, 注意：此处R气体常数，R=8314.3/M,（M为气体分子量），8314.3称为通用气体常数。在高中所学过的理想气体状态方程PV=nR/T 中的R/为通用气体常数， 因此 称为理想气体状态方程，此方程仅反映了某种状态下各状态参数之间的关系，在气体由一种状态变化到另一状态，各参数之间的关系又如何呢？于是有了理想气体的多变方程，它反映了多个状态中状态参数之间的关系，即： 式中： ; 而n 称为多变指数，n q为加给系统的热量（J/kg）,绝热和等熵时为0；为内能增量； 为绝热指数和比热容比，为定压比热，为定容比热， 定压比热与定容比热的关系为=+R(R为气体常数=8314.3/气体分子量) （二）气体的膨胀性与压缩性 由于气体分子间有很大的距离，存在很大的可变性，因此膨胀性与压缩性使气体的一个显著性质。 膨胀性用气体的膨胀系数来表示，即：= （1-3） 是一个与温度紧密相关的参数。 压缩性用压缩系数来表示，即：= （1-4） 工程上也常用的倒数来表示压缩性，即称为弹性模量E,即： E== （N/m2） 作业1：利用多变方程推导：= （1-3a） = (1-4a) E=np=n (1-5a) 气体虽具有压缩性，但在某种情况下却呈现不出来。例如，在气流速度不大(比音速小得多)，压强和温度的变化很小、 气体的体积变化很小，