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炼焦工艺炼焦炉的气体力学原理及其应用 1122 12 PVPVnR TT炼焦炉的气体力学原理及其应用 2．浮力 如图9-1装置中，在a图连通器下部有一旋塞把连通器两 侧的水银和水隔开，两者高度一样。如果打开旋塞，由于水 银密度大，水银就会把水压出连通器外（如b图）。同理， 在焦炉系统内（图9-2），烟囱内充满热废气，由于热废气 密度比大气密度小，热的废气就会不断的被外界大气压出烟 囱，此时废气盘进风门就相当于连通器的旋塞，风门打开 后，外界的冷空气便进入焦炉加热系统与煤气相遇燃烧产生 热废气，补充了烟囱排出的废气，使烟囱内保持热废气柱存 在，从而成为焦炉加热系统内气体流动的动力。根据上述原 理，即把空气柱和热废气柱作用在烟囱根部同一水平的压力 差称为浮力。 炼焦炉的气体力学原理及其应用 ，Pa （9-2） 式中 ---烟囱高为m时所产生的浮力，Pa； ---大气压，Pa； 、 ---大气及热废气的密度，?/m?；----烟囱的高度，m。 0 0 k F K Fp p gH p gH gH浮 0p F?K? H 浮p 图 9-1 连 通 器 内 产 生 浮 力 原 理 图图 9-2 焦 炉 烟 囱 产 生 浮 力 原 理炼焦炉的气体力学原理及其应用 3．阻力与阻力系数 气体在管道中流动时，由于气体分子与管壁之间，气 体分子与气体分子之间的摩擦都会产生阻碍气体流动的阻 力。 气体在直径与流向没有变化的管道中流动时所产生的 阻力均匀分布在整个管道上，称摩擦阻力；气体在直径或 流向改变的管道中流动时所产生的阻力，称为局部阻力。 在焦炉加热系统内，局部阻力所造成的压力损失占全部阻 力损失的绝大部分，而摩擦阻力造成的压力损失较少，阻 力越大，压力损失越大。 炼焦炉的气体力学原理及其应用 气体流动产生阻力，反过来阻力又阻碍气体流动，且流 动速度越大，阻力亦越大。 阻力可用下列公式进行计算： （9-3） 式中 △P??气体流动所产生的阻力 ，Pa； ??阻力系数。 阻力系数与通道的光滑程度、形状、尺寸以及气体在通 道内的流动状态有关，阻力系数由实验所得，在计算中一般 选用与操作情况相类似条件下的阻力系数。 2 2 11 2 2 273 t t t tw wP k k? k 炼焦炉的气体力学原理及其应用 阻力系数分直管阻力系数和局部阻力系数 两种类型。 其中??摩擦系数； L??管道长度，m； de----管道直径或通道的当量直径,m。 非圆形管道dee Lk d1 3 e Lk d? S F44通道的周边长 通道的截面积 炼焦炉的气体力学原理及其应用 二、焦炉内气体流动的特点 单位质量流体稳定流动过程的机械能量衡算式（柏努利 方程式）的形式如下： + +∑ ，J/kg 9-4 式中 ??位能； ??压力能； ?? 动能 ；∑??损耗能。利用上述公式时应符合下列条件： ⑴ 稳定流动； ⑵ 沿通道单向流动； ⑶ 流体流动时可视为不可压缩； ⑷ 公式中各项均为该断面处的平均值； ⑸ 相对同一基准面。 2 2 11 1? pgz2 2 pgz2 2 2? fh 炼焦炉的气体力学原理及其应用 由于 则 （9-5）式中T1、T2??不同截面处气体的温度，K；、 ??T1 、 T2 温度下气体的密度， ?/m?。 3焦炉加热系统不仅是个通道，而且起气流分配作用。 此外，集气管、加热煤气主管和烟道等也均有分配和汇合全 炉气体的作用。在这些分配道中压力和流量的变化影响很 大，因此要考虑变量气流时的流动特点。 21 0 021 T T2 1 2121 TTT? 210? 2 1 21 0 TT T/ /2 2121 2100 TTTT TTT 2 2 0 0 1 0 0 2 0 0 1 0 0 T T T T T T T T? 2 21 21? 1? 2? 炼焦炉的气体力学原理及其应用 4方程式中 、P、 分别为位压力、静压力和动 压力，三者之和即为总压，因此在稳定流动时，柏努利方程 式表现为： 总压差阻力 流体流动时，总压差与阻力同时存在于流体的流动过程 中，当其中任何一方发生变化时，平衡就被破坏，稳定流动 转变为不稳定流动，流量将发生变化，并在流量改变后的条 件下，总压差和阻力达到新的平衡。焦炉加热中为了调节流 量，按这一原理，可以采用两种手段：即通过改变煤气、废 气的静压力来改变系统的总压差；或通过改变调节装置的开 度（局部阻力系数）来改变系统的阻力。 gz?2 2 炼焦炉的气体力学原理及其应用 三、焦炉实用气流方程式及其应用 为便于焦炉上应用，式9-4以压力形式可表示为： + ++，Pa 9- 6 式中 --- 流体通过断面1-2间的阻力， Pa；---调和平均密度，kg/m3 ；---气