热工基础复件第一章

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1、辽宁大学热工基础轻型产业学院李振荣Email:lzr0088@126.com热工基础一、本课程特点：理论性、工程性均很强，内容多二、本学期教学任务：气体力学在窑炉中的应用、传热学、干燥、燃料燃烧计算三、教学要求及考核方式作业、出勤及平时成绩20分期末考试80分热工基础的主要内容第一章气体力学在窑炉中的应用第二章传热学第三章干燥过程与干燥设备第四章燃料燃烧第一章气体力学在窑炉中的应用气体力学基础窑炉系统内的气体流动气体的输送设备——烟囱、喷射器第一节气体力学在窑炉中的应用1.1气体力学基础1.1.1气体的物理属性1.1.2气

2、体动力学基本方程1.2窑炉系统内的气体流动1.2.1不可压缩性气体的流动1.2.2可压缩性气体的流动（自学）1.3烟囱喷射器（自学）第一节气体力学基础气体力学：从宏观角度研究气体平衡和流动规律的一门学科。窑炉内气体：主要是烟气和空气；特点：低压，常温或高温—可近似作为理想气体炉内气体的作用：载热剂、反应剂、雾化剂。窑内气体流动：从燃料的气化、雾化、燃烧，生成的高温烟气，余热回收到烟气排除；特点:不可压缩流动气体应用：设计和操作窑炉1．1气体力学基础1.1.1气体的物理属性理想气体状态方程:PV=mRT或P=ρRT式中R=8

3、314.3/M(J/kmol·k)气体的膨胀性和压缩性：当P一定，T↑，V↑∴窑内气体具有膨胀性；当T一定,P↑,V↓∴窑内气体具有压缩性。窑炉系统中，气体在流动过程中压强变化≯5％，虽然整个系统的温度变化较大，但若分段处理，每一段的温度变化也不大，以致于气体的密度变化不大（≯20%），故窑内气体可看成不可压缩气体不可压缩气体的特点：ρ=const多变过程：气体的膨胀或压缩过程多变方程：3气体的粘性牛顿内摩擦定律:单位面积上的内摩擦力与流体横截面积上的速度剃度成正比(1).动力粘度粘度的物理意义表征单位速度梯度作用下流体

4、的剪切力,反应流体粘滞性的动力学性质.粘度的单位国际单位:是Pa•s(帕秒）或kg/m•s常用单位:P(泊),cP(厘泊)1泊=0.1Pa•s,1P=100cP（2）.运动粘度ν的物理意义:单位速度梯度作用下的切应力对单位体积的质量流体作用,产生的阻力加速度.ν越大,反映流体质点相互牵制的运动学影响越显著,则流动性越低;反之流动性越好.ν可以用来衡量流体的流动性运动粘度的单位是:m2/s4空气浮力:单位气体的体积在空气中的合力F=(1.293-0.78)×10=5.13N单位气体的水在空气中的合力F=(1.293-10

5、00)×10=－9987.07N空气浮力对液体可忽略不计热气体在没有外界机械能加入的情况下,具有自下而上的自然流动趋向5几个常用公式Vt=V0(1+βt)ρt=ρ0[1/(1+βt)]Wt=w0(1+βt)例:标态下12m3的空气预热到1000℃后的体积与密度Vt=V0(1+βt)=12×(273+1000)/273=56m3ρt=ρ0[1/(1+βt)]=1.293×273/(273+1000)=0.277kg/m36气体的压强压强:垂直作用于气体单位面积上的力,称为压力压强或气体静压力,简称压强.气压变化时,对自然通风

6、的窑炉影响较大.1.1.2气体动力学基本方程式质量方程-根据质量守恒原理能量方程-根据能量守恒原理动量方程-根据动量守恒原理状态方程-体现气体性质的状态方程1.1.2气体动力学基本方程式稳态流动与不稳态流动1.1.2气体动力学基本方程式1质量方程-连续性方程(稳定态一元流)对具有一个入口断面F1和一个出口断面F2的稳定态管流在1-1截面,气体质量流量m1=F1ω1ρ1在2-2截面,气体质量流量m2=F2ω2ρ21.1.2气体动力学基本方程式稳定流动时，单位时间内通过Ⅰ截面和Ⅱ截面的质量流量相等F1ω1ρ1=F2ω2ρ2若气

7、体为不可压缩气体ρ1=ρ2∴F1ω1=F2ω2=V=常数m3/S结论:不可压缩气体做稳定流动时,横截面积越小处,流速越大.1.1.2气体动力学基本方程式2能量方程---柏努利方程对于不可压缩气体做管流流动时,1-1截面单位质量气体的能量方程:gz1+p1/ρ+1/2ω12=constρgz1+p1+1/2ρω12=constρgz1+p1+1/2ρω12=ρgz2+p2+1/2ρω22+hL---(1)hL-阻力损失(机械能转化为热能散失于环境)单一流体的柏式方程1.1.2气体动力学基本方程式窑内气体和大气相通,炉内气体受

8、外界大气浮力的作用,对窑炉外的空气相应二截面静力学方程ρagz1+pa1=ρagz2+pa2---(2)(1)-(2)p1-pa1+gz1(ρ-ρa)+1/2ρω12=p1-pa2+gz2(ρ-ρa)+1/2ρω22+hl∵ρ＜ρa∴上式改写为△P1+gz1(ρa-ρ)+1/2ρω12=△P2+gz2(