硅酸盐工业热工基础第一章分析

热工过程与设备第一章1.2窑炉系统内的气体流动不可压缩气体的流动可压缩气体的流动气体射流熟练掌握了解了解及自学热工过程与设备第一章一、不可压缩气体的流动（一）气体从窑炉内的流出和吸入1、气体通过小孔的流出和吸入静压头转变为动压头，使压强降低、速度增加．ⅡⅡw1ρ1P1F1zⅠⅠFw2,ρ2P2,F2热工过程与设备第一章流出气体在惯性作用下，气流会发生收缩，在Ⅱ截面处形成最小的截面F2，这种现象称为缩流。缩流系数：FF2（气流最小截面与小孔截面的比值）ⅡⅡw1ρ1P1F1zⅠⅠFw2,ρ2P2,F2小孔的位置热工过程与设备第一章Ⅰ截面（窑内）：111、、Pw222、、PwⅡ截面（气流最小截面）：气流通过小孔的压差极小：21Question：如何衡量流出气体的快慢、多少？w1ρ1P1F1zⅠⅠFw2,ρ2P2,F2热工过程与设备第一章列Ⅰ-Ⅱ间伯努利方程，计算：)PP(wa21211，则速度系数为令：11)(2w12aPP则：热工过程与设备第一章为：量截面流出的气体体积流通过小孔VF)(21222aPPFwFV)(21aPPF流量系数为令：)(21aPPFV则：热工过程与设备第一章变化，则：忽略沿窑高度动压头的若窑底表压强为零，且)(2agHFV则：)(1aagHPP小孔距离窑底的高度H热工过程与设备第一章ed3.5厚壁条件：***缩流系数、速度系数、流量系数均应由实验确定。也可查表（P13）。***薄壁和厚壁的概念：气流最小截面在孔口外——薄壁气流最小截面在孔口内——厚壁m壁厚，mde孔口当量直径，热工过程与设备第一章aPPPaP为：的气体体积流量吸入截面通过小孔VFaaPPFV)(213m/kga外界空气密度，热工过程与设备第一章Question：小孔为其它形状？形状大小热工过程与设备第一章2、气体通过炉门的流出和吸入***沿炉门高度上的静压头的变化对气体流出和吸入量有影响。单位时间内通过微元面积dF的流量，为：)(2)(2azzazzPPdzBPPdFdVH1z2z0zBdF炉门热工过程与设备第一章szgzhh窑底与z间的伯努利方程为：)(zgBdzdVaz2dzz)(gBaz212热工过程与设备第一章dzz)(gBVazzz21221把近似看作常数，作为平均流量系数，则zdzz)(gBVzzaz21212)zz()(gBa231232232炉门平均流量系数mB炉门宽度，mz,z的距离，炉门上下缘距离零压面21热工过程与设备第一章020023123223961123zH])zH([zHzz023232zH)(gBVa)(gzFa022mF炉门面积，mz离，炉门中心线至零压面距0【总结】)(21aPPFV)(2w12aPP)()(232231232zzgBVa)(gzFa02小孔炉门【试一试】其它形状炉门情形如何计算?☺根据P6，上部断面的几何压头小于下部断面的几何压头，而静压头则相反。即：上部断面的静压头大于下部断面的静压头。？？？、浮力看成重力，重力作用明显，浮力可忽略时，上部小、下部大。浮力作用明显，重力可忽略时，上部大、下部小。例题1-10某窑炉的窑墙厚为240mm,上下各有一个直径为200mm的小孔，两孔间垂直距离为1m,窑内气体温度为1000℃，烟气标态密度为1.32kg/m3，外界空气温度为20℃，窑内零压面在两个小孔垂直距离的中间。求通过上下两个小孔的漏气量。1122001m0.5m厚240mmΦ200mm（1）解：0PaP-P00a0处为零压面，7005.3,200,240dmmdmm又0.62,5.3为薄壁。查表：d间二气体伯努利方程：位基准面，列以100-0)(2)(202001211aagzwPgzwP,5.0,0,0,010001mzzPww300/2831.0100027327332.1mkgTT300/2047.12027327329.1mkgTTaa上孔出气,05124.41PaPPagzPa5124.4)2047.12831.0(5.08.9)(11hPPFa/396m/s1.109988m2831.05124.422.040.62)(2V3321出气量：间二气体伯努利方程：位基准面，列再以200-0)(2)(202002222aagzwPgzwP,m5.0z,0z,0P,0ww20020300/2831.0100027327332.1mkgTT300/2047.12027327329.1mkgTTaa下孔进气05124.4)2831.02047.1(5.08.9)(22PagzPahPPFaa/m921/sm053318.02047.15124.422.040.62)(2V3322进气量：)(2agHFV上孔出气量：根据P6，上部断面的几何压头小于下部断面的几何压头，而静压头则相反。即：上部断面的静压头大于下部断面的静压头。本题：零压头在两小孔中间，所以上孔肯定为正压（气体溢出），下孔为负压（吸入空气）。所以有：aagHFV)(2下孔进气量：解法2h/396m/s1.109988mV33出气：h/m921/sm053318.0V33进气：解法3间二气体伯努利方程：位基准面，列再以200-0)(gz2wP)(gz2wPa0200a2222,m5.0z,0z,0P,0ww20020300/2831.0100027327332.1mkgTT300/2047.12027327329.1mkgTTaa下孔进气0Pa5124.4)2047.12831.0()5.0(8.9)(gzPa22热工过程与设备第一章（二）分散垂直气流法则垂直分散气流：一股气流在垂直通道中被分割成多股平行小气流。垂直分散气流法则：垂直通道中，使热气体自上而下流动，冷气体自下而上流动。问题：设a、b通道等截面，则为保证a、b通道内温度均匀，应具备什么条件？ⅠⅠⅡⅡab热工过程与设备第一章aLakasagakasaghhhhhhh,,2,2,2,1,1,1a通道伯努利方程:Ⅰ截面为基准面，则：0,1agha通道等截面，则：akakhh,2,1aLagasashhhh,,2,2,1bLbgbsbshhhhb,,2,2,1通道：同理气流自上而下流动时，则：热工过程与设备第一章气流自下而上流动时，则：aLagasashhhh,,2,2,1bLbgbsbshhhh,,2,2,1条件：欲使a、b通道温度均匀，需使a、b两端静压差相等，即：bsbsasashhhh,2,1,2,1ⅠⅠⅡⅡ热工过程与设备第一章a、b通道温度分布均匀的条件是：气体自上而下流动时：bLbgaLaghhhh,,2,,2气体自下而上流动时：bLbgaLaghhhh,,2,,2通道内的几何压头和阻力损失相等。所以热工过程与设备第一章分析两种情况：LghhLghhbLaLhh,,？bgaghh,2,2？ba？热工过程与设备第一章①热气体自下而上流动时：具体分析热气体情形：batt假若bab,ga,ghh22aVbVbatt,则使：battb,ga,ghh22)()(2,22,2bbgaaggzhgzh空气空气几何压头为推动力原因：P6热工过程与设备第一章②热气体自上而下流动时：batt假若babgaghh,2,2aVbVbatt,则使：battbgaghh,2,2☺1)()(2,22,2bbgaaggzhgzh空气空气几何压头为阻力①冷气体自下而上流动时：②冷气体自上而下流动时：垂直分散气流法则：垂直通道中，使热气体自上而下流动，冷气体自下而上流动。课下自学内容ⅠⅠⅡⅡⅠⅠⅡⅡ分散垂直气流法则适用条件热工过程与设备几何压头起主要作用的通道热工过程与设备第一章1.2窑炉系统内的气体流动不可压缩气体的流动可压缩气体的流动气体射流熟练掌握了解了解自学伯努利方程的适用气体：不可压缩气体、稳态、等温（e=0）流动二、可压缩气体的流动可压缩气体能量方程：22222211whwh可压缩气体怎样做能量的换算？可压缩气体是否有伯努利方程？热工过程与设备第一章可压缩气体绝热流动的伯努利方程：C2wP12222212112wP12wP1—绝热指数单原子气体，双原子气体（包括空气），多原子气体（包括过热蒸汽）66.14.133.1热工过程与设备第一章P11TCUVC2wPU2P1TCIPC2wI2例题1-11为获得较高空气流速，使煤气与空气充分混合，采用高压空气流经图示气体喷嘴，在1、2界面测得高压空气压强分别为P1=12at，P2=10at（1at=98070Pa），1处流速w1=1000m/s,温度t1=27℃，求喷嘴出口速度w2为多少？。1122C2wP12例题解热工过程与设备第一章0wTIsss，，：静止流体参数设CIs则：sP2PTC2wTCs2I2wI可压缩气体流动与不可压缩气体区别显著。不可压缩流动时，只有热交换才能引起流体温度变化；但可压缩流动时，温度可随流速而变。静止温度Ts下，流速增加，温度降低可压缩不可压缩气体的区别，可用于选择或天空或判断热工过程与设备第一章（一）音速和马赫数1、声波在气体中的传播速度-音速方程式音速：声波在弹性介质中的传播速度。（a，m/S）音速EaRTnnPEnRTnPa声音来源于物体振动，该振动会引起介质压强和密度的微弱变化，这种微扰动在介质中依次传播，就是声音的传播过程。热工过程与设备第一章考察eqeqn/1/声波在气体中传播时引起温差变化很小传播速度很大声音在气体中传播属于可逆绝热过程（等熵，q=0）n即等熵时：RTPa热工过程与设备第一章[如]空气，，，则声音在空气中传播速度为41.11287KkgJRTa04.20音速与温度有关，也为状态参数；与地域、季节等有关音速大小反映气体可压缩程度，音速越大则气体的可压缩程度越小。热工过程与设备第一章2、马赫数管流某界面)1()1(,Maaawawaa气流速度w,m/S当地音速a则逆气流方向，声波传播速度为：其中：称为马赫数awMa热工过程与设备第一章气体流动可根据Ma大小来分类Ma＜＜1，不可压缩流动aa,Ma＜1，亚音速流动0,aMa≈1，跨音速流动0,aMa＞1，超音速流动0,a热工过程与设备第一章滞止（滞留）参数：流体处于静止状态，流速为0的参数（以下表s表示）2wP1P12ssPa21-1-222waas滞止参数一定时，气流中的音速大小取决于气流速度。热工过程与设备第一章可压缩流体流速与断面的关系1221FFww不可压缩流体，流速与断面反比。wdwMFdFa)1(2可压缩流体，可压缩不可压缩气体的对比，可用于选择或天空或判断热工过程与设备第一章wdwMFdFa)1(2可见：Ma