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重 庆 科 技 学 院 教 案 用 纸

第5章 气体力学计算

冶金炉内气体流动的显著特征：

第一：炉内气体为热气体（即炉内气体的温度高于周围大气的温度）；

第二：炉内热气体总是与大气相通的，而且炉内热气体的密度小于周围大气的密度，所以炉内气体的流动状况受大气的影响。

?5.1 热气体相对于大气的特殊规律

一、热气体的压头

单位体积流体的能为： 位能：ρgz 静压能：P 动能： W

?22对于炉内热气体在流动过程中，虽然同样具有这三种能量，但由于周围大气对其流动的影响，这三种能量只能用相对值来表示，即

单位（体积）热气体所具有的位能与外界同一平面上单位（体积）大气所具有的位能之差称为位压头。同理也有动压头和静压头之称呼。但是在通常情况下，大气的流速比流体的流速小得多，所以热气体的动压头也就是热气体本身所具有的动能。

1.热气体的位压头——几何压头 (1)阿基米德浮力原理 (2)有效重力

设流体的密度为 ?g,体积V，大气的密度为?a，则流体在大气中所受到的浮力为

?agV

流体本身的重力为 ?ggV

有效重力为 ?ggV-?agV?(?g-?a)gV 单位体积流体的有效重力为 (?g-?a)g

当 ?g??a时有效重力为正,方向竖直向下,流体在大气中下沉;反之则流体在大气中上浮,由于热气体温度高于大气温度,所以, ?g??a故热气体有效重力为负,方向向上,热气体在大气中有自动上浮的趋势。

(3)热气体的位压头及其分布规律 如图5-1-2所示

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取0—0`为基准面，则热气体的位压头为 - hg??ggH-?agH?(?g-?a)gH 当基准面取在上方，高度向下量度时为正，故

hg?-H(?g-?a)g?H(?a-?g)g（此时H为正值）

分布规律：线性，上小下大 注意：由于热气体有自动上升趋势，所以热气体由下向上流动时，位压头是流动的动力。反之，热气体自上向下流动时，位压头应作阻力来对待。

2.热气体静压头及其分布规律

(1)定义：热气体的静压头与同一水平面大气静压头压力之差，即相对压力，常称做表压力，用hs表示。 (2)分布规律

A .静止液体表压力分布规律：上小下大 B.热气体表压力分布规律：上大下小 注意：

当在某一平面上，热气体的表压力为零时，称此面为零压面。在零压面以上，热气体表压力为正，若有缝隙，则热气体将外逸。反之，在零压面以下，热气体表压力为负，冷空气将会被吸入。冶金炉的操作过程中常将零压面控制在炉底上，使炉膛呈正压区，而烟道则为负压区。

3.热气体的动压头

由定义知，热气体的动压头 hd??g2W2-?a2Wa2??g2W2

二、热气体平衡方程式

hg1?hs1?hg2?hs2

三、热气体管流伯努利方程式（双流伯努利方程式） 1.表达式：实际流体管流伯努利方程式为

W12W22 z1eg?e?P1?z2eg?e?P2?h2

22热气体管流伯努利方程式为

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W1W22 H1(?a-?g)g?PM1??g?H2(?a-?g)?PM2??g?hL

22即 hg1?hs1?hd1?hg2?hs2?hd2?hL

2四、热气体管流时的阻力损失计算

e0W02e2(1??t) N2 表达式 hL?kW?km22计算特点说明：

1.摩擦阻力损失hf计算

eW2LeW2Le0W02 hf?k????(1?? t) N2

m2D2D2 ?的选择按圆管内流磨阻力计算式计算，工程上一般按经验式。

L为计算段长度，D为当量直径，Wo 取经济流速，t取时间段的平均值。

2.局部阻力损失的计算 hr

局部阻力系数仍按附表6查出， wo 仍取经济流速，温度则取对应与w 的温度。 3.热气体自上而下流动时，位压头作为阻力损失考虑，反之，热气体自下而上流动时，位压头应从阻力损失中减去。

4.两截面上的压头损失等于两截面上表压力之差。

?5.2 排烟系统及烟囱

排烟系统及烟囱的重要性

一、烟囱

1.烟囱的工作原理

烟囱能将烟气从炉尾经烟道烟囱排入大气，是因烟囱底部具有抽力，亦称吸力。烟囱产生抽力的原因是热气体相对于大气的特殊规律造成的。

如图5-2-1，在烟囱内等温情况下

P4?P3?H?ag P2?P3?H?gg

差值△ P?P4-P2?H(?a??g)g?0，所以气体能自动地由炉膛入口并排入大气，称自动通风。实际上△P即为烟囱底部截面对烟囱顶部截面所产生的位压头，所以，烟囱底部的位压头是烟囱排烟的动力。

如图5-2-2，以3-3为基准面，在气体静止状态下列出2-2与3-3截面的伯氏方程得公式