硅酸盐热工基础与设备01 窑炉气体力学课件.ppt

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1、硅酸盐热工基础与设备第一章窑炉气体力学本章要点：窑炉气体（烟气、空气）作用（载热体、反应刑、雾化剂）力学用来研究窑炉工作过程中气体的宏观物理与化学行为。本章的研究中心问题是气体流动。只有了解了气体的特性，才能把流体力学的知识准确地应用于窑炉系统的气体力学研究中。第一节气体的主要特征第二节气体力学基本定律第三节气体运动过程中的阻力损失第四节气体的流出第五节可压缩气体的流动第六节流股及流股作用下窑内气体运动第七节烟囱与喷射器第八节流态化原理第一章窑炉气体力学§1气体的主要特征一、理想气体状态方程对于理想气体，温度

2、－压强－体积之间的关系可以用理想气体状态方程式表示：pV=nRT由于n=m/M，公式又可写成:pV=(m/M)RT二气体的膨胀性和压缩性气体的压缩性和膨胀性通常可以用膨胀系数和压缩系数来表示：膨胀系数压缩系数工程上也常用的倒数，称为气体的体积弹性模数E来表示压缩性理想气体过程的多变方程窑炉中气体的可压缩性气体的膨胀性和压缩性比液体大得多，属于可压缩流体．但窑炉系统中的低压空气和烟气的压强近似等于外界大气压强，且其流速远低于当地音速，在流动过程中的压强变化不超过0.5％；虽然整个系统的温度变化较大，但若分段处理

3、，使每段的温度变化不太大，以致气体密度变化不超过20％时，可以看作不可压缩气体。这样可使问题的讨论大为简化，所得结论亦可符合工程要求。当气体的流速在100m/s以上或压强和温度变化较大，如高压气体外射流动等，就必须按可压缩气体来处理。＊恒温条件下，T=常数pυ=常数，p/ρ=常数p1/p2=υ2/υ1=ρ1/ρ2＊恒压条件下，p=常数υ/T=常数，ρT=常数，υt/υ0=Tt/T0，Vt/V0=Tt/T0，ρt/ρo=To/Tt解：Vt=V0Tt/T0=1000×523/273=1916m3ρt=ρ0T0/T

4、t=1.293×273/523=0.67kg/m3由此可知，空气经过加热后体积明显增加，密度明显下降，因此在窑炉的热工计算中，不能忽略气体体积和气体密度随温度的变化。例1将1000m3，0℃空气送入加热器中加热，标况下空气密度为1.293kg/m3，求加热至250℃时气体的体积和密度。注：气体的标准状态（温度0压强为1.01*105Pa的状态即一个大气压）二、气体粘度与温度之间的关系粘性流体所产生的内摩擦力由牛顿粘性定律确定τ=μdu/dyN/m2式中du/dy：速度梯度，1/s；τ：剪切力，N/m2；μ：粘

5、度，也称动力粘度系数，N·s/m2即Pa·s。（指气体的内部质点或相邻两层气体间相对运动，内部产生反抗相对运动的性质。）在流体力学计算中，也经常用υ=μ/ρm2/s，υ为运动粘度系数。气体粘度与温度之间的关系表示为：μt=μ0[(273+C)/(T+C)](T/273)3/2Pa·s式中μt：在t℃时气体的粘度，Pa·s；μ0：在0℃时气体的粘度，Pa·s；T：气体的温度，K；C：与气体性质有关的常数。几种气体的μ0和C值见表1.1。表1.1各种气体的μ0和C值气体μ0×107（Pa·s）C(K)C值适用的温

6、度范围(℃)空气N2O2CO2COH2CH4C2H4NH3SO2H2O发生炉煤气燃烧产物1.711.661.871.371.660.841.200.960.961.170.82~1.45~1.47114118138239.711871.7198225.9377416673~150~1700~30050~10017~186－21~30215~100－21~30217~100－21~30215~18418~100－－－三、气体所受的浮力在已往的液体计算中，极少考虑大气的浮力，而在窑炉中所存在的热气体进行计算时，务

7、必要考虑。例如：对于1m3密度为0.5kg/m3的热气体自重仅为4.9N，浮力则为11.76N，故不能忽略。窑炉中气体的浮力由阿基米德浮力原理可知，单位体积流体在大气中所受到的空气浮力就等于单位体积空气受到的重力ρag(N/m3)，浮力的方向与重力相反。单位体积流体在大气中所受到的重力与浮力的代数和为g(ρ-ρa)。对液体而言，ρ>>ρa，所以液体通常不考虑空气浮力的影响；但对窑炉系统的热气体因ρ<ρa，表明浮力大于重力。合力的方向自下而上，所以窑炉系统中的热气体，在没有外界机械能加入的情况下，具有自下而上自

8、然流动的趋势。压强的计算基准和量度单位大气压强pa表压pg=pabs-pa真空值pv=pa-pabs绝对压强pabs相对压强pgpv（1）压强大小的两种计算基准——以当地大气压为基准相对压强=绝对压强-当地大气压真空度—负压的绝对值——以绝对真空为计算基准îíì相对压强绝对压强ppaopvapabspgbpabs§1气体力学基本定律流体动力学基本概念流量与流速流量体积流量质量流量单位时间内流过管道任