冶金熱工基礎(chǔ)第章 氣體力學(xué)計算

關(guān)于冶金熱工基礎(chǔ)第章氣體力學(xué)計算冶金爐內(nèi)氣體流動的顯著特征：第一：爐內(nèi)氣體為熱氣體（即爐內(nèi)氣體的溫度高于周圍大氣的溫度）；第二：爐內(nèi)熱氣體總是與大氣相通的，而且爐內(nèi)熱氣體的密度小于周圍大氣的密度，所以爐內(nèi)氣體的流動狀況受大氣的影響。5氣體力學(xué)計算

第五章氣體力學(xué)計算第2頁,共23頁，2024年2月25日，星期天一、熱氣體的壓頭

單位體積流體的能為：位能：ρgz靜壓能：P動能：

對于爐內(nèi)熱氣體在流動過程中，雖然同樣具有這三種能量，但由于周圍大氣對其流動的影響，這三種能量只能用相對值來表示，即

單位（體積）熱氣體所具有的位能與外界同一平面上單位（體積）大氣所具有的位能之差稱為位壓頭。同理也有動壓頭和靜壓頭之稱呼。但是在通常情況下，大氣的流速比流體的流速小得多，所以熱氣體的動壓頭也就是熱氣體本身所具有的動能。

第五章氣體力學(xué)計算§5.1熱氣體相對于大氣的特殊規(guī)律

第3頁,共23頁，2024年2月25日，星期天1．熱氣體的位壓頭——幾何壓頭

設(shè)流體的密度為

，體積V，大氣的密度為

，則流體在大氣中所受到的浮力為:。第五章氣體力學(xué)計算（1）阿基米德浮力原理（2）有效重力流體本身的重力為

有效重力為

單位體積流體的有效重力為第4頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算

當(dāng)時有效重力為正，方向豎直向下，流體在大氣中下沉；反之則流體在大氣中上浮，由于熱氣體溫度高于大氣溫度，所以，故熱氣體有效重力為負，方向向上，熱氣體在大氣中有自動上浮的趨勢。

第5頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算（3）熱氣體的位壓頭及其分布規(guī)律

如下圖5-1-2所示:

第6頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算取0—0`為基準面，則熱氣體的位壓頭為

:當(dāng)基準面取在上方，高度向下量度時為正，故:（此時H為正值）

分布規(guī)律：線性，上小下大。注意：由于熱氣體有自動上升趨勢，所以熱氣體由下向上流動時，位壓頭是流動的動力。反之，熱氣體自上向下流動時，位壓頭應(yīng)作阻力來對待。

第7頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算2.熱氣體靜壓頭及其分布規(guī)律

(1)定義：熱氣體的靜壓頭與同一水平面大氣靜壓頭壓力之差，即相對壓力，常稱做表壓力，用hs表示。

(2)分布規(guī)律

A.靜止液體表壓力分布規(guī)律：上小下大

B.熱氣體表壓力分布規(guī)律：上大下小注意：當(dāng)在某一平面上，熱氣體的表壓力為零時，稱此面為零壓面。在零壓面以上，熱氣體表壓力為正，若有縫隙，則熱氣體將外逸。反之，在零壓面以下，熱氣體表壓力為負，冷空氣將會被吸入。冶金爐的操作過程中常將零壓面控制在爐底上，使?fàn)t膛呈正壓區(qū)，而煙道則為負壓區(qū)。第8頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算3.熱氣體的動壓頭由定義知，熱氣體的動壓頭

二、熱氣體平衡方程式:三、熱氣體管流伯努利方程式（雙流伯努利方程式）

1.表達式：實際流體管流伯努利方程式為:第9頁,共23頁，2024年2月25日，星期天熱氣體管流伯努利方程式為:即

四、熱氣體管流時的阻力損失計算

表達式

計算特點說明：

1.摩擦阻力損失hf計算第五章氣體力學(xué)計算第10頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算

的選擇按圓管內(nèi)流磨阻力計算式計算，工程上一般按經(jīng)驗式。L為計算段長度，D為當(dāng)量直徑，Wo取經(jīng)濟流速，t取時間段的平均值。2.局部阻力損失的計算hr局部阻力系數(shù)仍按附表6查出，wo仍取經(jīng)濟流速，溫度則取對應(yīng)與w的溫度。3.熱氣體自上而下流動時，位壓頭作為阻力損失考慮，反之，熱氣體自下而上流動時，位壓頭應(yīng)從阻力損失中減去。4.兩截面上的壓頭損失等于兩截面上表壓力之差第11頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算§

5.2

排煙系統(tǒng)及煙囪排煙系統(tǒng)及煙囪的重要性一、煙囪(實物如下圖）

第12頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算1.煙囪的工作原理

煙囪能將煙氣從爐尾經(jīng)煙道煙囪排入大氣，是因煙囪底部具有抽力，亦稱吸力。煙囪產(chǎn)生抽力的原因是熱氣體相對于大氣的特殊規(guī)律造成的。如圖5-2-1，在煙囪內(nèi)等溫情況下:第13頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算差值△

,所以氣體能自動地由爐膛入口并排入大氣，稱自動通風(fēng)。實際上△P即為煙囪底部截面對煙囪頂部截面所產(chǎn)生的位壓頭，所以，煙囪底部的位壓頭是煙囪排煙的動力。如圖5-2-2，以3-3為基準面，在氣體靜止?fàn)顟B(tài)下列出2-2與3-3截面的伯氏方程得公式:第14頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

由此式可得出，煙囪底部表壓力為負值（稱為抽力或吸力）該抽力稱理論抽力。它是由位壓頭產(chǎn)生的，而且與煙囪的高度H、大氣的溫度ta，煙囪溫度tg等因素有關(guān)。若煙氣在煙囪內(nèi)流動，則其實際抽力為:2.煙囪計算

在冶金爐中不論是設(shè)計新煙囪，還是對建成的煙囪進行校核，其原理是相同的，現(xiàn)以新設(shè)計煙囪為例說明其計算方法。由煙囪的工作原理可知:第五章氣體力學(xué)計算第15頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算

但此式不能直接用來計算煙囪的高度H，因為式中很多參數(shù)均與H有關(guān)。所以只能用試算法，其步驟如下：(1)煙囪實際抽力hv的計算

(2)煙囪內(nèi)動壓頭增量的計算第16頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算(3)煙囪內(nèi)阻損失hl的計算

(4)空氣及煙氣密度計算

第17頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算3.煙囪設(shè)計計算中的注意事項

(1)當(dāng)幾個爐子共用一個煙囪時，在計算hv時，應(yīng)選用比較大的那爐子的數(shù)值。

(2)計算煙囪出口及底部直徑所用的煙氣流量vo，應(yīng)用兩個爐子煙氣流量之和。

(3)考慮到環(huán)境保護問題，煙囪的高大至少應(yīng)高出周圍建筑物3米。

(4)布置煙道時，應(yīng)盡量減少阻力損失。

5.3

供氣系統(tǒng)極其有關(guān)計算一、供氣管道

1.管道布置基本原則

(1)供氣管道一般架空敷設(shè)，管道底部距地面的距離不得小于2米。

(2)管道系統(tǒng)中裝有換熱器時，應(yīng)設(shè)旁道管道，金屬換熱器后的熱風(fēng)總管上一般要求安裝放風(fēng)閥。煤氣管道上應(yīng)安裝放散管及放散閥。煤氣總管上除安裝調(diào)節(jié)閥外，還應(yīng)安裝低壓快速切斷閥。

(3)按有關(guān)規(guī)程進行氣密性試驗（試壓）。

(4)管道布置應(yīng)盡量減少阻力損失。第18頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算2.管道計算

(1)管徑計算

(2)管道的阻力損失計算二、常用風(fēng)機簡介

按產(chǎn)生壓力的大小，風(fēng)機分為:

通風(fēng)機

壓力在0.1atm以下鼓風(fēng)機

壓力在0.1~3atm以內(nèi)壓縮機

壓力超過3atm

高壓壓縮機

壓力超過100atm1.離心式通風(fēng)機

(1)類型低壓通風(fēng)機

壓力小于981Pa(100mmH2O)

中壓通風(fēng)機

壓力為981~2943Pa(100~300mmH2O)高壓通風(fēng)機

壓力大于2943Pa(300mmH2O)

第19頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算(2)結(jié)構(gòu)

2.離心式鼓風(fēng)機離心式鼓風(fēng)機的工作原理與離心式通風(fēng)機相似，只是空氣的壓縮過程通常是經(jīng)過幾個工作葉輪（或稱幾級）在離心力的作用下進行的。

3.回轉(zhuǎn)式風(fēng)機三、離心式通風(fēng)機特性及選擇計算

1.通風(fēng)機在管道上工作時的總壓頭單位體積氣體通過風(fēng)機時所獲得的機械能，稱為通風(fēng)機產(chǎn)生的總壓頭。其作用是

:

a)將氣體的壓力從吸合空間的po提高到用氣空間的pd，即提高到了pd-po

b)克服氣體沿吸氣，排氣管道所產(chǎn)生的壓頭損失

c)使氣體由氣體由吸氣空間的靜止?fàn)顟B(tài)達到排風(fēng)機口處時所具有的動能

第20頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算2.通風(fēng)機的風(fēng)量、功率及效率

3.風(fēng)機的特性曲線4.管網(wǎng)特性5.風(fēng)機的工作點及工況調(diào)節(jié)

第21頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學(xué)計算6.風(fēng)機的選擇及計算(1)風(fēng)機的選擇注意事項

1)銘牌上標出的全風(fēng)壓、風(fēng)量、功率是指在最高效率下的h、v及N值。

2)風(fēng)機性能表說明書、銘牌上所標出的風(fēng)機性能。都是指風(fēng)機在實驗標準狀