《热工基础与设备》第02章-窑炉气体力学

第二章窑炉气体力学流体的基本性质和力学模型流体静力学和流体动力学两流体伯努利方程气体力学在窑炉系统中的应用2018-6-241流体力学流动没有旋涡液体不可压缩关于它的游速用不着去猜度沿着流线鱼儿在巡游在狭窄的地方它得游快如飞梭前言2018-6-242流体力学小实验流体伯努利方程流体阻力损失2018-6-243惯性和重力特性密度(Kg/m³)比容(m³/Kg)重度(N/m³)流体的基本性质和力学模型§1.1流体的物理属性连续性与密度由流体质点或微团组成的连续介质2018-6-244**可压缩流体与不可压缩流体气体和液体的压缩性和膨胀性压缩性和膨胀性：温度、压力与密度的关系2018-6-245理想气体状态方程：2018-6-246＊恒温条件下：（压缩系数βP）理想气体状态方程βT=??p1/p2=ν2/ν1=ρ1/ρ2＊恒压条件下：（膨胀系数βT）T=常数pν=常数，p/ρ=常数βP=??p=常数V/T=常数，ρT=常数Vt/V0=Tt/T0，νt/ν0=Tt/T0，ρt/ρo=To/Tt2018-6-247（工业窑炉气体：高温、常压）标态与非标态的换算：2018-6-248解答：例题1：将1000m3，0℃空气送入加热器中加热，标况下空气密度为1.293kg/m3，求加热至250℃时气体的体积和密度。Vt=V0Tt/T0=1000×523/273=1916m3ρt=ρ0T0/Tt=1.293×273/523=0.67kg/m3由此可知，空气经过加热后体积明显增加，密度明显下降，因此在窑炉的热工计算中，不能忽略气体体积和气体密度随温度的变化。2018-6-249在已往的液体计算中，极少考虑大气的浮力，而在窑炉中所存在的热气体进行计算时，务必要考虑气体所受的浮力。例如：在20ºC大气中对于1m3密度为0.5kg/m3的热气体自重仅为，浮力则为，故不能忽略。4.9N11.8N2018-6-2410流体的粘滞性及内摩擦定律（牛顿定律）**温度对流体粘度的影响理想流体和实际流体流体的基本性质和力学模型2018-6-2411粘性流体所产生的内摩擦力由牛顿粘性定律确定:τ=μdω/dy（N/m2）式中dω/dy：速度梯度，1/s；τ：剪切(应)力，N/m2；μ：粘度，也称动力粘度系数，N·s/m2即Pa·s。在流体力学计算中，也经常用运动粘度系数表示:υ=μ/ρ,单位：m2/s2018-6-2412气体粘度与温度t之间的关系表示为：μt=μ0[(273+C)/(T+C)](T/273)3/2Pa·s式中μt：在t℃时气体的粘度，Pa·s；μ0：在0℃时气体的粘度，Pa·s；T：气体的温度，K；C：与气体性质有关的常数。几种气体的μ0和C值见表1.1。流体粘度与温度关系2018-6-2413表1.1各种气体的μ0和C值气体μ0×107（Pa·s）C(K)C值适用的温度范围(℃)空气N2O2CO2COH2CH4C2H4NH3SO2H2O发生炉煤气燃烧产物1.711.661.871.371.660.841.200.960.961.170.82~1.45~1.47114118138239.711871.7198225.9377416673~150~1700~30050~10017~186－21~30215~100－21~30217~100－21~30215~18418~100－－－2018-6-2414温度（℃，K）压力（Pa，N/m2)§1.2流体流动特征量2018-6-2415流速与流量状态2018-6-2416流体的基本性质和力学模型稳定流动流动特征量与时间无关理想流体连续性刚体连续函数§1.3流体的力学模型不可压缩性常数2018-6-2417气体力学基本定律—流体静力学和动力学基本方程§2.1流体静力学流体静压强的特性(1)流体具有各个方向上的静压强。(2)流体静压强处处垂直于固体壁面，凡作用于静止流体的外力必然垂直指向流体表面，即内法线方向。(3)流体内部任一点的静压强大小与其作用面的方向无关。也就是说某一点的静压强在各个方向上大小相同。(4)液体的静压强仅与其高度或深度有关，而与容器的形状及放置方式无关。气体的静压强沿高度变化小，密闭容器可以认为静压强处处相等.2018-6-2418p+ρgz=常数1、流体静力学基本方程2018-6-2419流体静力学基本方程2018-6-2420——欧拉微分方程/流体静力学微分方程方程式的物理意义单位体积的流体具有的位能和静压能之和为常数。流体静力学基本方程2018-6-2421另一简单推导：（2）ΔFP2-ΔFP1-hΔFg=0由于h=Z1-Z2，代入上式，消去△F并移项，得出：P1+ρgZ1=P2+ρgZ2——流体静力学基本方程上式表明：静止流体内任意二个截面上的静压能与位能之和相等。或者说两者之各为常数。2018-6-24222讨论H1=H2P1=P2--水平面为等压面P1P2压力传递（帕斯卡定律）H1>H2P1<P2上部位能>下部位能下部压能>上部压能--能量可以相互转换流体静力学基本方程2018-6-2423例题：如图所示的窑炉，内部充满热烟气，温度为1000℃，烟气标态密度ρf,0为1.30kg/m3，窑外空气温度20℃，空气标态密度ρa,0为1.293kg/m3，窑底内外压强相等，均为1atm(101325Pa)。求距离窑底0.7m处窑内、外气体压强各多大？其相对压强多大？3应用举例（一）2018-6-2424解：根据公式ρt/ρo=To/Tt，则烟气、空气分别在1000℃、20℃时的密度：ρa=1.293×273/(273+20)=1.21（kg/m3）ρf=1.30×273/(273+1000)=0.28（kg/m3）根据基本方程式求出气体压强：pa1=pa2-ρagH=101325-1.21×9.81×0.7=101317Papf1=pf2-ρfgH=101325-0.28×9.81×0.7=101323Pa距窑底0.7m处相对压强：pf1-pa1=101323-101317=6（Pa）。2018-6-2425应用举例（二）：U型压力计设b»2018-6-2426U行压力计测试容器中流体压力图试求容器中流体在1、2水平两点的压强差。设被测流体的密度为ρ，测量液的密度为ρA.ωω例题：2018-6-2427解题：设1、2水平两点是容器中流体压强不同的两个测压点的压强，被测流体的密度为ρ，测量液的密度为ρA，一水平线a-a’为基准，U型管压力计的左、右边有：右边：Pa’=P2+mρg+hρAg;左边：Pa=P1+(m+h)ρg;按静力学原理有：Pa’=Pa，则ΔP=P1-P2=hg(ρA–ρ)(Pa)式中:h——测量指示液的高度（m);g——重力加速度（m/s2);ΔP——所测流体二点的压差（Pa).2018-6-2428解题：如果被测流体是气体，因ρ《ρA，则上式可简写为：如果U形管的一端（左端或右端）与大气压强P0相通（则P1=P0或P2=P0）则容器中气体的表压强为：ΔP=hgρA（Pa)P-P0=hgρA(Pa)2018-6-2429应用（三）：油压千斤顶2018-6-2430例题：油压千斤顶例题：如D=10d，a=500mmb=20mm,用力P作用在手柄上，试问该油压千斤顶能顶起多重的货物？流体静力学基本方程2018-6-2431海平面为基准面：H=0，T=Ta，P=Pa沿高度的温度降为：c/m高度h处的p为：流体静力学基本方程例题：海拔高度与大气压的关系2018-6-2432海拔高度与大气压的关系海平面为基准面：H=0，T=Ta，P0=Pa沿高度的温度降为：c/m高度h处：H=h，T=Ta-H，Ph=P代入静力学微分方程并积分又：流体静力学基本方程2018-6-2433对于大气：R’=287.1;δ=0.0065如：pa=760mmHgTa=273kH=2000m则：p=？mmHg此时：氧浓度为海平面的？%.流体静力学基本方程2018-6-2434例题：已知油层的高度和密度为：h1=1m，=800kg/m3`；水层的高度和密度为：h1=0.8m，=1000kg/m3，试判断（1）pA=pA’，pB=pB’是否成立?（2）水在右边细玻璃管的高度h.2018-6-2435物质不灭定律—质量守恒定理—连续性方程（标量方程）牛顿第二运动定律--动量守恒定理--动量方程（矢量方程）热力学第一定律--能量守恒定理—伯努利方程（标量方程）流体动力学基本方程§2.2流体动力学Fω1=Fω2=QVhs1+hg1+hk1=hs2+hg2+hk2+∑hMω1=Mω22018-6-24361、流体的流动类型（流态）2018-6-2437ToNo.42Re<2300层流Re=2300‾4000过渡流Re>4000湍流Re>104稳定湍流2018-6-2438返回2018-6-2439返回2018-6-2440返回2018-6-2441雷诺准数（Re)2018-6-2442速度分布=0.50max湍流层流Re104=0.80maxRe106=0.86maxRe108=0.90max2018-6-24432、连续性方程——不可压缩流体的质量方程连续性方程流体动力学2018-6-2444在管道内的实际流体中，任一截面的温度T、速度ω、压强P、密度ρ等流动特征量通常并不均匀分布。因此，连续性方程中各项物理量均应采用截面平均值。流体动力学当管道内的流体有漏损或吸入时：1-2流体的平均密度V1-2流体的平均体积流量2018-6-24453、伯努利方程——不可压缩流体的能量方程过程中体系所吸收的热和对外所做的功之差，等于该体系在过程前后的能量变化。流体动力学热力学第一定律：ΔE=Q-W2018-6-2446推导：流体静力学基本方程（欧拉方程）牛顿第二运动定律（F=ma）分析：理想流体流动时具有的机械能：位能、压能和动能。理想流体伯努利方程(稳定流动)流体动力学2018-6-2447不可压缩理想流体伯努利方程（Pa、N/m2、J/m3）单位体积的流体具有的压能流体动力学2018-6-2448意义：不可压缩、理想流体（△=0，内能恒定）流动时，流体任一截面上单位体积的流体具有的位能、压能和动能之和为常数。流体动力学2018-6-2449实际流体伯努利方程（m、J/N）实际流体伯努利方程（Pa、N/m2、J/m3）*ak1，ak2动能项修正系数（流态）流体动力学实际流体伯努利方程实际流体流动时，因克服各种阻力而消耗能量。或增加风机或泵。2018-6-24504、不可压缩流体的动量方程（稳定一元流）牛顿第二运动定律另一种表达式：某时间间隔内，作用于物体的冲量等于物体动量的增量。流体的动量原理的研究思路：是在流动流体中划定一个区域，作为控制体，将其中的流体当作一个质量整体，将整体中的局部压力表示为力、速度表示为动量，来研究流体在单位时间内的动量变化与外力间的变化。或表达为：流体动力学*质量（Ｍi）与质量流量（ｍi）2018-6-2451流体动力学说明：当流体稳定流动时，作用于某区域的合外力在某一方向上的分量等于在这区域两端单位时间内流过的流体在该方向上动量的增量。若划定的区域内作用力很大，以至可以忽略所有外力的作用则无动量的增量，动量守恒。（体积c内动量不变）2018-6-2452流体动力学方程（1）动量方程式和能量方程式的共同特点:使用中只考虑边界上的参数，不考虑界区中的进行过程。（2）能量方程式和连续性方程联立，可全面地解决一元流动中断面流速和压强的计算，在流体力学或实际工程中都有决定性的作用。（3）当机械能损耗无法确定，不能有效进行机械能衡算时，应用动量方程式，但必须正确确定所有重要的作用力。（4）实际窑炉气体与外界有热交换，不是绝热，只能近似应用能量方程式，但还有效。（5）窑炉气体与大气相通，烟气与大气密度差较大，推导出两流体伯努利方程。2018-6-24535、流体动力学基本方程的应用流体动力学2018-6-2454例题：如图，风机吸入口直径200mm，压力测量计测得水柱高度40mm，空气密度1.2kg/m3，不计气体流动过程的能量损失，求风机的风量？（参见教材P9）解：选取图中I－I、II－II截面，列出伯努利方程式：p1+ρgz1+ρu12/2=p2+ρgz2+ρu22/2+hl1-2因I、II截面处于同一高度，有z1=z2；空气静止u1=0；不计压头损失，hl1-2=0，得到：p1=p2+ρu22/2因为P1为大气压强，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=0.804m3/s。2018-6-2455应用实例已知：水箱高度H水温t大气压强pa管径d1、d2，忽略压头损失∑h=0.求：出口水管的流量V、M各水管的流速1、2流体动力学2018-6-2456解题:H1=H，P1=P2=Pa，H2=0，ω1-1=0；h=0，所以ω2-2=(2gH)1/2,ω2-2=ω2,根据质量守恒-连续性方程，有：ω1F1=ω2F2,可求得ω1=ω2F2/F1；然后可分别求得水管流量:V和M.2018-6-2457文丘里管=渐缩管+喉管+渐扩管流体动力学如对于圆管、不计损耗　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2018-6-2458对于圆管、忽略损耗：流体动力学计入损耗：2018-6-2459例题：密度为a=1.2Kg/m3的低压空气以较高的速度1=53m/s从小管d1=10cm（断面积为F1的小管）喷入d2=40cm(断面积为F3)的大管中，大管的两端均为大气压pa，如图所示。设被吸入的空气2=14m/s,密度与喷射气体相同，不计阻力损失。试求：被吸入的空气量及2-2与3-3断面的压强差。2018-6-2460---飞机升力（机翼上下表面垂直于相对气流方向的压力差的总和就是托举飞机的升力）流体动力学2018-6-2461两流体（气体）伯努利方程1、建立方程2018-6-2462两式相减容器外空气：（Pa、N/m2、J/m3）两流体伯努利方程容器内烟气：2018-6-2463坐标转换（Pa、N/m2、J/m3）两流体伯努利方程高度向下为正向上为负(热工工程中应用)(Pa)窑炉中二气流伯努利方程压头表示形式:2018-6-2464其中：2、窑炉中二气流的伯努利方程，可写成二气流伯努利方程：表示相对能量的守恒（热气体相对于冷气体）。即：二气流柏努利方程中的各项都表示单位体积的热气体所具有能量与外界单位体积的冷气体所具有的能量之差。2018-6-2465——均适合不可压缩流体的一维稳定管状流能量是没有方向的，压头是可以有方向的。两流体伯努利方程物理意义：单位体积的窑内热气体与窑外同体积冷空气具有的位能差、压能差、动能差及能量损失之和等于常数。（也即几何压头、静压头、动压头、损失压头之和等于常数）2018-6-24663、压头分析（1）物理意义：单位体积的窑内热气体与窑外同体积冷空气具有的位能差。或：单位体积的窑内热气体克服净浮力移动一定距离所做的功。（2）大小和方向数值（计算）方向：向上分布规律：下大上小（3）实际意义:烟囱愈高位能差愈大两流体伯努利方程几何压头a2018-6-2467（1）物理意义：单位体积的窑内热气体与窑外同体积冷空气具有的压能差。或窑内热气体相对于外界同高度冷空气体压强的值(相对压强）（2）数值（测量—表压或真空度）　无方向性，有相对性　分布规律：上大下小（3）实际意义:接近零压，其表压接近零两流体伯努利方程2018-6-2468对于同一倒置容器(根据二流体伯努利方程)hg1=（a-）gHhg2=0hs1=0hs2=（a-）gH压头之间可以相互转换公式中“H”的意义不同hg=（a-）gH-----距基准面的高度hs=（a-）gH-----距零压面的高度静压头（相对压强）沿高度的分布规律：上大下小单一气体的绝对压强沿高度的分布规律：下大上小两流体伯努利方程*引伸2018-6-2469试讨论：容器开口向上时的压头分布（忽略hk）hs1=-hg1=-(a-)gH两流体伯努利方程H---距基准面的高度2018-6-2470（1）物理意义：单位体积的窑内热气体与窑外同体积冷空气具有的动能差。窑外空气的速度近似为零（2）数值（测量或计算）　有方向性，同流速的方向　分布规律：同流速（理想、实际）两流体伯努利方程2018-6-2471皮托管（差压计）测速又：P1-P2=（b-）ghb.p两流体伯努利方程2018-6-2472（1）物理意义：单位体积的窑内热气体与窑外同体积冷空气具有的损失能差。或：单位体积的流体从一截面至另一截面流动时损失的总能量。（2）数值（以动压头的倍数计算）---摩擦阻力系数摩擦阻力：由于摩擦力造成的机械能损失。损失压头h两流体伯努利方程2018-6-2473层流=64/Re湍流=A/Renn、A---与和管道粗糙度有关　　　　　　=f（Re、/D）绝对粗糙度相对粗糙度工程计算一般取近视值：　光滑金属管道=0.02~0.025氧化金属管道=0.035~0.04砖砌管道=0.05~0.06两流体伯努利方程---摩擦阻力系数2018-6-2474局部阻力：由于受到某些障碍或干扰使流动方向改变　　　　　　　造成的机械能损失。两流体伯努利方程2018-6-2475料垛阻力：由于料垛或散料层造成的气体流动阻力损失。两流体伯努利方程2018-6-2476*工程计算中一般将料垛阻力、局部阻力、其他阻力一并算作综合阻力。两流体伯努利方程2018-6-2477两流体伯努利方程减少阻力损失的途径：缩短窑长经济流速、适当稀码减少局部变化，“圆、平、直、缓、少”(五字诀)）闸板开度2018-6-2478阻力损失与压力降二流体伯努利方程：窑内阻力损失直接影响静压头差值，从而影响压力。实测两截面间的压力降，由伯努利方程也可计算阻力损失。两流体伯努利方程2018-6-2479转换实例：两流体伯努利方程4、压头转换转换规律：2018-6-2480两流体伯努利方程2018-6-2481hghs静压头减少，提供增加几何压头和克服流动阻力的能量。两流体伯努利方程2018-6-2482hghs静压头增加，克服流动阻力，其能量均来自几何压头的减少。两流体伯努利方程-----基准面2018-6-2483两流体伯努利方程综合转换（烟囱）2018-6-2484一般选择烟囱出口为基准面，此处又是零压面热气体由下向上运动时，几何压头是推动力，其能量逐渐转换为静压头和动压头，并消耗于克服阻力损失。两流体伯努利方程烟囱出口以下处于负压，越往下负压越大。烟囱的理论抽力：烟囱的实际抽力：2018-6-24851）首先列二气流伯努利方程2）取基准面（一定取上截面为基准面）3）分析各截面的压头项的大小4）画出的压头转换图应该为矩形或平行四边形（有负压头时）5）最后通过图检验能量平衡小结：压头转换图画法2018-6-2486热工原理：烟囱的工作原理　　　　　喷射器的工作原理阻力平衡法则垂直分散气流法则零压面的调节侧烧窑和顶烧窑可压缩气体流动（拉伐尔管）热工计算：烟囱的设计计算分支管路的阻力计算---阻力平衡法则小孔（炉门）溢气量的计算喷射器的设计计算§2.4气体力学—在窑炉系统中的应用2018-6-2487依据：两流体伯努利方程推导：结论：1，烟囱的高度以及烟气和空气的密度差产生的几何压头是排烟的推动力。2，烟囱的理论抽力等于该几何压头的大小。3，烟囱的实际抽力等于几何压头与烟囱两截面间的动压头增量及阻力损失的差值。计算：烟囱的高度烟气进出口两截面的面积气体力学在窑炉系统中的应用1、烟囱的工作原理和设计计算2018-6-2488推导：……..2018-6-2489烟囱的抽力，可用烟囱底部和顶部出口截面的二流体伯努利方程求得：hs1+hg1+hk1=hs2+hg2+hk2+hl1-2取2－2截面为基准面，则有：hg2=0hs2=0方程各简化为：hs1+hg1+hk1=hk2+hl1-2（P1-Pa)+(ρa–ρav)gH+ρavω12/2=ρavω22/2+λρav(ωav2/2)•(H/dav)2018-6-2490烟囱高度A--烟囱抽力/底部的负压=P1-Pa；K--储备系数1.2~1.3a--以当地平均温度计算空气密度av--烟囱平均温度下的烟气平均密度气体力学在工业窑炉系统中的应用av--烟囱平均温度和直径下的烟气平均流速T、B--烟囱平均温度时顶部和底部的烟气流速--烟气流动的摩擦阻力系数，对于烟囱通常取0.05～0.06；dav--烟囱的平均直径；**2018-6-2491气体力学在窑炉系统中的应用烟囱估计高度：H’=25~30dav2018-6-2492（4）计算H（3）计算---温降℃/m（1）计算（2）假设高度H’（图表或经验值，可取5Pa/m）K取值（1.1~1.3）2018-6-2493例题：某厂建造一砖砌烟囱与一铁烟囱，两烟囱的高度均为40米，测得烟囱底部的烟气温度为300℃，周围空气温度20℃。假定烟气密度等于空气密度，铁烟囱内的温降值为4℃/m，砖烟囱内的温降值为1.5℃/m，求：（1）砖烟囱和铁烟囱所能造成的理论抽力（2）如果要得到砖烟囱所造成的抽力，则铁烟囱的高度应为多高？2018-6-2494流体从1断面流到2断面，无论走a、b、c哪条通道，2，阻力平衡法则气体力学在窑炉系统中的应用2018-6-2495气体力学在窑炉系统中的应用依据气体力学伯努利方程能量守恒的原则，流体流过各分支管路的阻力都是相等的。但实际上各条通道的阻力不相等。那么，在阻力小的通道流体流过的流速和流量必然增加，从而增加了该通道的流动阻力，使各分支管路的阻力重新达到平衡，这就是“阻力平衡法则”。此时，如流体与管道的温度不同，必然造成各分支管路的温度不同。2018-6-2496气体力学在窑炉系统中的应用电热相似对比并联电路，各条电路的端电压都是相等的。但实际上各条电路的负载电阻并不相等。那么，在电阻小的电路中流过的电流必然增加，从而增加了该电路的电压，使这条电路的端电压重新达到平衡，但此时各条电路的负载功率不会相同。2018-6-2497气体力学在窑炉系统中的应用ab2018-6-24983、垂直分散气流法则前提：1，几何压头起主要作用的垂直分支管路2，分支管路的阻力损失相等3，流体与管路之间存在温差气体力学在窑炉系统中的应用2018-6-2499推动力A>推动力B气体力学在窑炉系统中的应用设：将导致Ａ，Ｂ通道（管道）的温度分布更加不均匀ΔtA>ΔtBΔt’2018-6-24100结论：热流体采取自上而下的流向冷流体采取自下而上的流向气流均匀分布应用：气体力学在窑炉系统中的应用倒焰式窑炉的工作原理排烟口、热风抽出口的结构设计玻璃池窑蓄热室烟气、空气（煤气）流向2018-6-241014、小孔（炉门）溢气量的计算速度系数零压面气体力学在窑炉系统中的应用---局部阻力系数2018-6-24102=V2/V=列出小孔中心平面与零压面之间的伯努利方程，可知：气体力学在窑炉系统中的应用流量系数流量2018-6-24103小孔（炉门）吸入情况的计算（即负压操作时）：计算方法相同吸入量为其中，ρa为炉外冷空气的密度。2018-6-24104炉门逸气【例题】耐火材料倒焰窑的炉门高为1.8m，宽为0.9m，炉内热烟气平均温度为1400℃，烟气的标况密度为1.32kg/m3，外界空气密度为1.22kg/m3。已知炉底面的表强为－6Pa，求当炉门开启时，通过炉门的小时溢气量。(设流量系数为0.7)2018-6-24105气体力学在窑炉系统中的应用用途：输送、混合输送高温气体（利用喷射器引射冷却带首端的高温气体为烧成带燃烧设备的一次助燃空气）煤气燃烧器5、喷射器工作原理喷射器：用高压气体带动另一种低速运动或静止的气体，使其动量增加，以克服流动中的阻力，并使其与高速气体一起向前运动。2018-6-24106气体力学在窑炉系统中的应用结构：喷嘴吸气管混合管（喉管）扩张管喷嘴吸气管混合管（喉管）提高出口气体静压强工作原理：（稳态流动）分类：喷射气体压强低压中高压被吸入气体压强常压吸入负压吸入喷射气体压能变动能减小吸入气体的流动阻力两气体混合，速度趋向均匀，使动量减小、压差加大2018-6-24107例：常压吸气式喷射器“自由射流”气流自喷嘴流出后，在足够大的空间自由扩散。其特点有：视为一维流动；射流内部压力梯度很小，而且等于大气压，动量守恒，动能减小；速度分布有相似性。气体力学在窑炉系统中的应用混合管中速度均匀，动量减小，∴□□2018-6-24108吸气管（2’-2）伯努利方程气体力学在窑炉系统中的应用2018-6-24109气体力学在窑炉系统中的应用2018-6-24110气体力学在窑炉系统中的应用6、零压面的调节2018-6-24111在0-0和2-2两断面间列伯努利方程零压面左移，原零压变正压（烧成带正压加大）提起烟道闸板，阻力变小，静压差减小，使正压回零压；零压面右移，原零压变负压（预热带负压加大）下降烟道闸板，阻力变大，静压差增大，使负压回零压。气体力学在窑炉系统中的应用hg0+hs0+hk0=hg2+hs2+hk2+hhs0-hs2=(hg2-hg0)+(hk2-hk0)+h2018-6-24112（1）特点：初始压强大，流速可达音速或超音速，单位时间内流过气体的总热量与气体和周围介质的热交换量相比，后者可以忽略，所以可压缩气体的流动可近似认为是一种绝热流动过程。根据理想气体状态方程式pν=RT和绝热过程方程式pνγ＝常数，可压缩的理想气体在绝热运动时的状态参数间的关系：气体力学在窑炉系统中的应用7、可压缩气体流动（略）2018-6-24113：气体流速；α:当地音速;α’:相对音速（2）马赫数---速度级别判别气体力学在窑炉系统中的应用2018-6-24114（3）理想气体可压缩流动能量方程原则上可用伯努利微分方程推导。由于压强和速度变化大，忽略位能项。由于绝热流动，流动损失的能量全部变为热能，提高流体温度、比热改变，增加内能项。∵气体力学在窑炉系统中的应用（内能）2018-6-24115说明：单位质量流体具有的内能就是增加的净压能。内能和净压能之和就是单位质量流体具有的热焓。物理意义：理想气体绝热流动时，单位质量的气体具有的内能、压能和动能之和为常数。----可压缩理想气体能量方程气体力学在窑炉系统中的应用2018-6-24116（4）可压缩流体在收缩管嘴内的流动（能量方程的应用）；气体力学在窑炉系统中的应用2018-6-24117（5）可压缩流体在收扩管嘴内的流动（拉伐尔管）当高压气体从渐缩管中流出时，P渐减，渐增，最大达音速。拉伐尔管由渐缩管、喉管、渐扩管组成。流体在喉部做等音速流动。扩张管内流体P继续减小，继续增大，最后达超音速。气体力学在窑炉系统中的应用2018-6-24118对可压缩流体可推出：Ma<1亚音速df与d符号相反，f减小、增大、p减小-----渐缩管，符合不可压缩流体的特点Ma>1超音速df与d符号相同，f增大，也增大、p减小-----渐扩管，超音速流动的最大特点Ma1等音速df=0，截面积不变-----喉部，该处质量流量最大欲在扩张管达超音速，喉管必须达等音速的“临界状态”，对于拉伐尔管两端的压强必然有一定的要求。气体力学在窑炉系统中的应用2018-6-24119