冶金熱工基礎(chǔ)第章 氣體力學(xué)計(jì)算

1、關(guān)于冶金熱工基礎(chǔ)第章 氣體力學(xué)計(jì)算第一張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月冶金爐內(nèi)氣體流動(dòng)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(dòng)狀況受大氣的影響。 5 氣體力學(xué)計(jì)算 第五章 氣體力學(xué)計(jì)算第二張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、熱氣體的壓頭 單位體積流體的能為：位能：gz靜壓能：P動(dòng)能： 對(duì)于爐內(nèi)熱氣體在流動(dòng)過程中，雖然同樣具有這三種能量，但由于周圍大氣對(duì)其流動(dòng)的影響，這三種能量只能用相對(duì)值來(lái)表示，即 單位（體積）熱氣體所具有的位能與外界同一平

2、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(dòng)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(dòng)壓頭也就是熱氣體本身所具有的動(dòng)能。 第五章 氣體力學(xué)計(jì)算5.1 熱氣體相對(duì)于大氣的特殊規(guī)律 第三張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月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(jì)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 第四張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)算 當(dāng) 時(shí)有效重力為正，方向豎直向下，流體

3、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(fù)，方向向上，熱氣體在大氣中有自動(dòng)上浮的趨勢(shì)。 第五張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)算（3）熱氣體的位壓頭及其分布規(guī)律 如下圖5-1-2所示: 第六張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)算取00為基準(zhǔn)面，則熱氣體的位壓頭為 :當(dāng)基準(zhǔn)面取在上方，高度向下量度時(shí)為正，故:（此時(shí)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(dòng)上升趨勢(shì)，所以熱氣體由下向上流動(dòng)時(shí)，位壓頭是流動(dòng)的動(dòng)力。反之，熱氣體自上向下流動(dòng)時(shí)，位壓頭應(yīng)作阻力來(lái)對(duì)待。 第七張，PPT

4、共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)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(duì)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(shí)，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(fù)，冷空氣將會(huì)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(fù)壓區(qū)。第八張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)算3.熱氣體的

5、動(dòng)壓頭 由定義知，熱氣體的動(dòng)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(dá)式：實(shí)際流體管流伯努利方程式為:第九張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月熱氣體管流伯努利方程式為:即 四、熱氣體管流時(shí)的阻力損失計(jì)算 表達(dá)式 計(jì)算特點(diǎn)說(shuō)明： 1.摩擦阻力損失hf計(jì)算第五章 氣體力學(xué)計(jì)算第十張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)算 的選擇按圓管內(nèi)流磨阻力計(jì)算式計(jì)算，工程上一般按經(jīng)驗(yàn)式。 L為計(jì)算段長(zhǎng)度，D為當(dāng)量直徑，Wo 取經(jīng)濟(jì)流速，t取時(shí)間段的平均值。2.局部阻力損失的計(jì)算 hr 局部阻力系數(shù)仍按附表6查出，wo仍取經(jīng)濟(jì)流速，溫度則取對(duì)應(yīng)

6、與w 的溫度。3.熱氣體自上而下流動(dòng)時(shí)，位壓頭作為阻力損失考慮，反之，熱氣體自下而上流動(dòng)時(shí)，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 第十一張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)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(shí)物如下圖） 第十二張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)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(duì)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:第十三張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第

7、五章 氣體力學(xué)計(jì)算差值 ,所以氣體能自動(dòng)地由爐膛入口并排入大氣，稱自動(dòng)通風(fēng)。實(shí)際上P即為煙囪底部截面對(duì)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(dòng)力。如圖5-2-2，以3-3為基準(zhǔn)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 :第十四張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 由此式可得出，煙囪底部表壓力為負(fù)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(dòng)，則其實(shí)際抽力為:2. 煙囪計(jì)算 在冶金爐中不論是設(shè)計(jì)新煙囪，還是對(duì)建成的煙囪進(jìn)行校核，其原理是相同的，現(xiàn)以新設(shè)計(jì)煙

8、囪為例說(shuō)明其計(jì)算方法。由煙囪的工作原理可知:第五章 氣體力學(xué)計(jì)算第十五張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)算 但此式不能直接用來(lái)計(jì)算煙囪的高度H，因?yàn)槭街泻芏鄥?shù)均與H有關(guān)。所以只能用試算法，其步驟如下：(1)煙囪實(shí)際抽力hv的計(jì)算 (2)煙囪內(nèi)動(dòng)壓頭增量 的計(jì)算第十六張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)算(3)煙囪內(nèi)阻損失hl的計(jì)算 (4)空氣及煙氣密度計(jì)算 第十七張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)算3.煙囪設(shè)計(jì)計(jì)算中的注意事項(xiàng) (1) 當(dāng)幾個(gè)爐子共用一個(gè)煙囪時(shí)，在計(jì)算hv時(shí)，應(yīng)選用 比較大 的那爐子的數(shù)值。 (2)

9、計(jì)算煙囪出口及底部直徑所用的煙氣流量vo，應(yīng)用兩個(gè)爐子煙 氣流量之和。 (3) 考慮到環(huán)境保護(hù)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(shí)，應(yīng)盡量減少阻力損失。 5.3 供氣系統(tǒng)極其有關(guān)計(jì)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(shí)，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(jìn)行氣密性試驗(yàn)（試壓）。 (4) 管道布置應(yīng)盡量減少阻力損失。第十八張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作

10、于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)算 2.管道計(jì)算 (1)管徑計(jì)算 (2)管道的阻力損失計(jì)算二、常用風(fēng)機(jī)簡(jiǎn)介 按產(chǎn)生壓力的大小，風(fēng)機(jī)分為: 通風(fēng)機(jī) 壓力在0.1 atm以下 鼓風(fēng)機(jī) 壓力在0.13atm 以內(nèi) 壓縮機(jī) 壓力超過3atm 高壓壓縮機(jī) 壓力超過100atm 1.離心式通風(fēng)機(jī) (1)類型 低壓通風(fēng)機(jī) 壓力小于981Pa(100mmH2O) 中壓通風(fēng)機(jī) 壓力為9812943 Pa(100300mm H2O)高壓通風(fēng)機(jī) 壓力大于2943Pa(300mm H2O) 第十九張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)算 (2)結(jié)構(gòu) 2.離心式鼓風(fēng)機(jī) 離心式鼓風(fēng)機(jī)的工作原理與離

11、心式通風(fēng)機(jī)相似，只是空氣的壓縮過 程通常是經(jīng)過幾個(gè)工作葉輪（或稱幾級(jí)）在離心力的作用下進(jìn)行的。 3.回轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)三、離心式通風(fēng)機(jī)特性及選擇計(jì)算 1.通風(fēng)機(jī)在管道上工作時(shí)的總壓頭 單位體積氣體通過風(fēng)機(jī)時(shí)所獲得的機(jī)械能，稱為通風(fēng)機(jī)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(dá)到排風(fēng)機(jī)口處 時(shí)所具有的動(dòng)能 第二十張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)算2.通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、功率及效率 3.風(fēng)機(jī)的特性曲線4.管網(wǎng)特性5.風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)及工況調(diào)節(jié) 第二十一張，PPT共二十三頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第五章 氣體力學(xué)計(jì)算6.風(fēng)機(jī)的選擇及計(jì)算(1)風(fēng)機(jī)的選擇注意事項(xiàng) 1) 銘牌上標(biāo)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(jī)性能表說(shuō)明書、銘牌上所標(biāo)出的風(fēng)機(jī)性能。都是指風(fēng)機(jī)在實(shí)