通風(fēng)除塵與物料輸送

1、高 等 職 業(yè) 教 育 糧 油 工 程 技 術(shù) 專 業(yè) 課 程高 等 職 業(yè) 教 育 糧 油 工 程 技 術(shù) 專 業(yè) 課 程主講教師：陳主講教師：陳 革革沈 陽 師 范 大 學(xué) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院沈 陽 師 范 大 學(xué) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院第一節(jié) 空氣在管道中流動 的基本規(guī)律 工程流體力學(xué)以流體為對象，主要研究流體機(jī)械運(yùn)動的規(guī)律，并把這些規(guī)律應(yīng)用到有關(guān)實際工程中去。涉及流體的工程技術(shù)很多，如水力電力，船舶航運(yùn)，流體輸送，糧食通風(fēng)除塵與氣力輸送等。 通風(fēng)除塵與氣力輸送屬于流體輸送，它是以空氣作為工作介質(zhì)，通過空氣的流動將粉塵或粒狀物料輸送到指定地點。 由于通風(fēng)除塵與氣力輸送是借助空氣的運(yùn)動

2、來實現(xiàn)的，因此，掌握必要的工程流體力學(xué)基本知識，是我們研究通風(fēng)除塵與氣力輸送原理和設(shè)計、計算通風(fēng)除塵與氣力輸送系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 本章中心內(nèi)容是敘述工程流體力學(xué)基本知識，主要是空氣的物理性質(zhì)及運(yùn)動規(guī)律。 一、 流體及其空氣的物理性質(zhì) 流體力學(xué)主要研究流體的宏觀運(yùn)動規(guī)律它把流體分成許多許多的分子集團(tuán)，它們之間沒有間隙，成為連續(xù)體。、流體、流體通風(fēng)除塵與氣力輸送涉及的流體主要是空氣。 流體是液體和氣體的統(tǒng)稱，由液體分子和氣體分子組成，分子之間有一定距離。一、 流體及其空氣的物理性質(zhì) 質(zhì)點的宏觀運(yùn)動被看作是全部分子運(yùn)動的平均效果，忽略單個分子的個別性，按連續(xù)質(zhì)點的概念所得出的結(jié)論與試驗結(jié)果是很符合的。我們

3、在通風(fēng)除塵與氣力輸送中所接觸到的流體均可視為連續(xù)體。 連續(xù)性的假設(shè)，首先意味著流體在宏觀上質(zhì)點是連續(xù)的，其次還意味著質(zhì)點的運(yùn)動過程也是連續(xù)的 、流體、流體VM一、 流體及其空氣的物理性質(zhì)流體單位體積所具有流體徹底質(zhì)量稱為密度，用符號表示。在均質(zhì)流體內(nèi)引用平均密度的概念，用符號表示： 密度密度對于非均質(zhì)流體，則必需用點密度來描述。指當(dāng)V0值的極限，即：dVdMVMV0lim一、 流體及其空氣的物理性質(zhì)壓強(qiáng)和溫度對不可壓縮流體密度的影響很小壓強(qiáng)和溫度對不可壓縮流體密度的影響很小 可以把流體密度看成是常數(shù)?？梢园蚜黧w密度看成是常數(shù)。 密度密度一、 流體及其空氣的物理性質(zhì) 重度重度流體單位體積內(nèi)所具有

4、的流體重量，即：VG密度與重度存在如下關(guān)系：=g 式中： g重力加速度，通常取9.81米/秒2一、 流體及其空氣的物理性質(zhì) 粘滯性粘滯性流體在流動過程中，流體內(nèi)部有相互約束的性質(zhì)流體的粘滯性試驗證明流體粘滯性的存在：實驗證明：內(nèi)摩擦力T的大小與流體種類有關(guān)；與流體的接觸面積有關(guān)；與垂直于板的速度梯度成正比，dndvATdndv一、 流體及其空氣的物理性質(zhì) 粘滯性粘滯性式中：流體動力粘性系數(shù)千克秒/米2；A流體的接觸面積米2； 流體在法線方向 的速度梯度。 牛頓內(nèi)摩擦定律：通常把單位面積上所具有的摩擦力稱為摩擦應(yīng)力或切應(yīng)力：dndvAT一、 流體及其空氣的物理性質(zhì) 粘滯性粘滯性通常粘性系數(shù)與壓力

5、的關(guān)系不大。液體的粘性系數(shù)隨溫度的增加而下降；氣體的粘性系數(shù)隨溫度而增加。粘性系數(shù)與溫度的關(guān)系： 必須指出： 在分析流體運(yùn)動諸現(xiàn)象時運(yùn)動粘性系數(shù)是非常重要的參數(shù)。但是當(dāng)比較各種不同流體的內(nèi)摩擦力時，運(yùn)動粘性系數(shù)卻不能作為一項物理特征。一、 流體及其空氣的物理性質(zhì) 溫度溫度溫度是標(biāo)志流體冷熱程度的參數(shù)。溫度越高，分子熱運(yùn)動越強(qiáng)盛，分子熱運(yùn)動的平均速度則越大動能也就越大。衡量溫度高低的標(biāo)準(zhǔn)尺子，稱為溫度標(biāo)尺，簡稱溫標(biāo)。目前國際上通用的溫標(biāo)主要有兩種。 攝氏溫標(biāo)（t） 絕對溫標(biāo)（T）T=273+t K一、 流體及其空氣的物理性質(zhì) 壓強(qiáng)壓強(qiáng) 壓強(qiáng)的大小可用垂直作用于管管壁單位面積上的壓力來表示，即：式

6、中：P壓強(qiáng)牛頓；F垂直作用于管壁的合力牛頓；A管壁的總面積米。P=F/A一、 流體及其空氣的物理性質(zhì) 壓強(qiáng)壓強(qiáng) 1帕=1/9.81千克/米2 壓強(qiáng)的單位通常有三種表示方法。第一種，用單位面積的壓力表示。第二種，用液柱高度表示。hAAhAFP 用水銀柱（汞柱）高度表示： h=P/=10000/13600=0.736米水銀柱=736毫米水柱 用水柱高度表示： h=P/=10000/1000=1000毫米水柱一、 流體及其空氣的物理性質(zhì) 壓強(qiáng)壓強(qiáng)第三種，用大氣壓表示。1個物理大氣壓=10336千克/米2。1個工程大氣壓=10000千克/米2。標(biāo)準(zhǔn)空氣的密度=1.2千克/米3三種方法換算關(guān)系為： 1物

7、理大氣壓=10336千克/米2=10336毫米水柱=760毫米汞柱 1工程大氣壓=10000千克/米2=10000毫米水柱 =736 毫米汞柱一、 流體及其空氣的物理性質(zhì) 壓強(qiáng)壓強(qiáng) 工程上，壓強(qiáng)可按以下三種方法計算： 絕對壓強(qiáng)當(dāng)計算壓強(qiáng)以完全真空（P=0）為基準(zhǔn)算起，稱絕對壓強(qiáng)，其值為正。 相對壓強(qiáng)當(dāng)計算壓強(qiáng)以當(dāng)?shù)卮髿鈮海≒a）為基準(zhǔn)算起時，稱相對壓強(qiáng)或表壓。 真空度當(dāng)絕對壓強(qiáng)低于大氣壓強(qiáng)時，其大于大氣壓的數(shù)值稱為真空度。以液柱高度表示為：PaPh一、 流體及其空氣的物理性質(zhì) 壓強(qiáng)壓強(qiáng) A點的壓強(qiáng)高于當(dāng)?shù)卮髿鈮?B點的壓強(qiáng)低于當(dāng)?shù)卮髿鈮阂弧?流體及其空氣的物理性質(zhì) 比容比容 單位重量的流體占有

8、的容積，與重度的關(guān)系為： =1 氣體的比容隨溫度和壓力變化。一、 流體及其空氣的物理性質(zhì) 、理想氣體狀態(tài)方程、理想氣體狀態(tài)方程 理想氣體指一種假想的氣體，它的質(zhì)點是不占有容積的質(zhì)點；分子之間沒有內(nèi)聚力。 理想氣體狀態(tài)方程。即：P=RT 或：P/p=RT 式中： P絕對壓力（牛頓/米2）； 比容（米2/牛頓）； T熱力溫度（K開爾文）； R氣體常數(shù)（牛米/千克開），對于空氣R=287牛米/千克開。二、與空氣流動的有關(guān)概念充滿運(yùn)動流體的空間稱為流場。 表示流體運(yùn)動特征的一切物理統(tǒng)稱為運(yùn)動參數(shù)，如速度v、加速度a、密度p、壓力P和粘性力F等。 流體運(yùn)動規(guī)律：在流場中流體的運(yùn)動參數(shù)隨時間及空間位置的分

9、布和連續(xù)變化的規(guī)律。00tPtu二、與空氣流動的有關(guān)概念 、穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流、穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流 如果流場中各點上流體的運(yùn)動參數(shù)不隨時間而變化，這種流動就稱為穩(wěn)定流。如果運(yùn)動參數(shù)不隨時間而變化，這種流動就稱為非穩(wěn)定流。穩(wěn)定流：00tPtu 非穩(wěn)定流：二、與空氣流動的有關(guān)概念 、穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流、穩(wěn)定流與非穩(wěn)定流二、與空氣流動的有關(guān)概念 跡線與流線跡線與流線 跡線： 流場中流體質(zhì)點在一段時間內(nèi)運(yùn)動的軌跡稱為跡線。 流線： 流場中某一瞬時的一條空間曲線，在該線上各點的流體質(zhì)點所具有的速度方向與該點的切線方向重合。二、與空氣流動的有關(guān)概念 流管與流束流管與流束 流管 流場中畫一條封閉的曲線。經(jīng)過曲線的

10、每一點作流線由這些流線所圍成的管子。 非穩(wěn)定流時流管形狀隨時間變化；穩(wěn)定流時流管不隨時間而變化。 流束 充滿在流管中的運(yùn)動流體（即流管內(nèi)流線的總體）稱為流束。 斷面無限小的流束稱為微小流束。 二、與空氣流動的有關(guān)概念 流管與流束流管與流束 總流 無數(shù)微小流束的總和稱為總流，如水管及風(fēng)管中水流和氣流的總體。二、與空氣流動的有關(guān)概念 有效斷面、流量與平均流速有效斷面、流量與平均流速 有效斷面微小流束或總流各流線相垂直的橫斷面，用d A或A表示.。 在實際運(yùn)用上對于流 線呈平行直線的情況下，有效斷面可以定義為：與流體運(yùn)動方向垂直的橫斷面。二、與空氣流動的有關(guān)概念 有效斷面、流量與平均流速有效斷面、流

11、量與平均流速流量 單位時間內(nèi)流體流經(jīng)有效斷面的流體量稱為流量。流量通常用流體的體積、質(zhì)量或重量來表示：G=Q牛頓/秒M=/gQ=Q千克/秒Q=G/=M/米3/秒二、與空氣流動的有關(guān)概念 有效斷面、流量與平均流速有效斷面、流量與平均流速流量 微小流束： d Q=vd A 總流：dAvQ二、與空氣流動的有關(guān)概念 有效斷面、流量與平均流速有效斷面、流量與平均流速 平均流速V AQAvdAV 工程上所指的管道中的平均流速，就是這個斷面上的平均流速V。平均流速就是指流量與有效斷面面積的比值。三、連續(xù)性方程三、連續(xù)性方程 在研究流體流動時，同樣認(rèn)為流體是連續(xù)地充滿它所占據(jù)的空間，這就是流體運(yùn)動的連續(xù)性條件

12、。 根據(jù)質(zhì)量守恒定律： 對于空間固定的封閉曲面，非穩(wěn)定流時流入的流體質(zhì)量與流出的流體質(zhì)量之差，應(yīng)等于封閉曲面內(nèi)流體質(zhì)量的變化量。 對于空間固定的封閉曲面，穩(wěn)定流時流入的流體質(zhì)量必然等于流出的流體的質(zhì)量。數(shù)學(xué)形式表達(dá)連續(xù)性方程。三、連續(xù)性方程三、連續(xù)性方程 一元微小流束穩(wěn)定流的連續(xù)性方程dM=1v1dA1dt-2v2dA2dt三、連續(xù)性方程三、連續(xù)性方程 一元微小流束穩(wěn)定流的連續(xù)性方程dM=1v1dA1dt-2v2dA2dt1v1dA1=2v2dA2 22221111dAvdAvAA三、連續(xù)性方程三、連續(xù)性方程、一元總流穩(wěn)定連續(xù)性方程、一元總流穩(wěn)定連續(xù)性方程積分，就可得到可壓縮流體總流的連續(xù)性方

13、程，即：2222211111dAvdAvAA平均平均說明了可壓縮流體穩(wěn)定流時，沿流程的質(zhì)量流量保持不變。 三、連續(xù)性方程三、連續(xù)性方程、一元總流穩(wěn)定連續(xù)性方程、一元總流穩(wěn)定連續(xù)性方程 對不可壓縮流體，為常數(shù)，則公式可簡化為： Q1=Q2 V1A1=V2A2 V1/V2=A2/A1 一元總流在穩(wěn)定流時，沿流程體積流量為一常值，各有效斷面平均流速與有效斷面面積成反比。四、空氣流動的能量方程（伯努利方程）現(xiàn)象表明：截面大的地方流速小，壓力大，截面小的地方流速大，壓力小。四、空氣流動的能量方程（伯努利方程） 理想流體流動時沒有流動阻力，因而也沒有能量損耗；流體流動時能量的增量就等于外力所做的功W，即：

14、E=W。所以： P1V-P2V=（1/2mv22+mgz2）-（1/2mv12+mgz1）即 P1V+1/2mv12+mgz1=P2V+1/2mv22+mgz2 對于任意一個截面均有： PV+1/2mv2+mgz=常數(shù)式中：PV是體積為V的流體所具有的靜壓能。四、空氣流動的能量方程（伯努利方程） 上式方程式表明： 理想流體在穩(wěn)態(tài)流動過程中，其動能、位能、靜壓力之和為一常數(shù)，也就是說三者之間只會相互轉(zhuǎn)換，而總能量保持不變。 由于空氣的值都很小，位能項與其它二項相比則可忽略不計。因此，對于空氣的能量方程可寫成： PV+1/2mv2=常數(shù)方程兩邊同時除以V，則得：P+1/2v2=常數(shù)四、空氣流動的能

15、量方程（伯努利方程）若以符號H全、H靜、H動表示，則有： H全=H靜+H動=常數(shù) 當(dāng)空氣在沒有支管的管道中流動時，對于任意兩個截面，以相對壓力表示的伯努利方程可寫成： H靜1+H動1=H靜2+H動2四、空氣流動的能量方程（伯努利方程） 應(yīng)用以上伯努利方程時，必須滿足以下條件： 不可壓縮理想流體在管道內(nèi)作穩(wěn)態(tài)流動； 流動系統(tǒng)中，在所討論的二個截面間沒有能量加入或輸出； 在列方程的兩截面間沿程流量不變，即沒有支管； 截面上速度均勻，流體處于均勻流段。在速度發(fā)生急變的截面 上，不能應(yīng)用該方程。四、空氣流動的能量方程（伯努利方程） 實際上空氣是有粘性的，流動時將由于流體的內(nèi)摩擦作用而產(chǎn)生能量損失，若空氣的能量損耗用H損1-2表示，根據(jù)能量守恒定律，則應(yīng)有： H靜1+H動1=H靜2+H動2+H損1-2 或： H全1=H全2+ H損1-2 這種能量損失表現(xiàn)為壓力的變化，也叫壓力損失。 由公式可得，風(fēng)管內(nèi)任意兩截面間的壓力損失等于該兩截面處的全壓力之差，即： H損1-2=H全1H全2四、空氣流動的能量方程（伯努利方程） 當(dāng)有外功加入系統(tǒng)時，例如在包括通風(fēng)機(jī)在內(nèi)的通風(fēng)管道的兩截面間列能量守恒方