气体力学在窑炉中的应用.pdf

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1、第一章气体力学在窑炉中的应用气体力学：从宏观角度研究气体平衡和流动规律。【研究对象】主要是烟气和空气。【本章要点】窑炉气体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。【研究条件】窑炉中的气体流动过程常伴随燃烧、传热、传质以及某些化学反应。它们对气体流动有一定影响，本章在讨论气体平衡和流动规律时不考虑这种影响。第一节气体力学基础一、气体的物理属性（一）理想气体状态方程对于理想气体，温度－压强－体积（密度）之间的关系服从理想气体状态方程：pVnRT0式中n－气体物质的量，

2、mol；R0－8314.3J/(kmol·K)理想气体的通用常数；2p－气体的绝对压强，N/m或Pa;3V－气体的体积，m;T－气体的温度，K。mm由于n＝，公式又可写成:pVRT0MM式中m－气体的质量，kg;M－气体的分子量，kg/kmol;R8314.30令气体常数R＝，，J/(kg·K)每千克的气体，温度升高1度所需要MM的热量。pVmRT（1-1）或pRT（1-2）3式中ρ－气体的密度，kg/m。133【例1】将1000m，0℃空气送入加热器中加热，标况下空气密度为1.293kg/m，求加热至250℃时气体的体积和密度。解：pVmRT（1）pVmRT（2）000t

3、tt(1)VT00等压过程，pp得：t0(2)VTttVVT0t＝1000×（273＋250）/273＝1916m3tT000T3＝1.293×273/（273＋250）＝0.67kg/mtTt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。（二）气体的膨胀性和压缩性1d1体积膨胀系数T（1-3）dTK21dm压缩系数（1-4）pdpN3式中－气体的比容（m/kg）,=1/ρ工程上常用气体体积弹性模数E表示压缩性：1dpdpNE2（1-5）

4、pddm带有热量传递的气体膨胀或压缩过程，称为多变过程，理想气体的多变方程为：nppV常数nnn11TVT常数（1-6）nn1Tp常数qe/式中n－多变指数，n；1/qeq－加给系统的热量（J/kg），绝热或等熵过程q＝0；2e－系统内气体的内能增量（J/kg）；－cc，绝热指数或比热容比pvcp－气体的定压比热容，J/(kg·K);cv－气体的定容比热容，J/(kg·K)。将式（1-6）代入式（1-3、4、5）中，得到气体多变过程的体积膨胀系数βT、压缩系数βp和弹性模量E。1Tna1131nT1p14anp

5、EnpnRT(15)an1TV()常数Tn1V1nn两边微分得：dTdVVdV1nVdVn1VndVVdT1nnn111dvVV1（1-3a）TTn1vdT1nTV1n1nTn1TV视为不可压缩气体：窑炉中的低压空气和烟气的压强近似等于外界大气压，流速远低于当地音速，流动过程中的压强变化不超过0.5%，虽然温度变化较大，但若分段处理，每段温度变化不大，气体密度变化不超过20％，可简化计算过程，结果亦符合要求。可压缩气体：气体的流速在100m/s以上或压强和温度变化较大

6、，如高压气体外射流动等。初始状态终了状态p0、T0、V0、ρ0p、T、V、ρ平均流速ω0平均流速ω3气体状态方程可表示为：pT0VV017pT0pT0018pT0pT0019pT0对窑炉系统中的低压空气和烟气，可令pp。07、8、9式，可由理想气体状态方程推导。流体的体积V平均流速＝V炉体直径D（三）气体的粘性气体的粘性，即气体在流动过程中所产生的内摩擦力由牛顿粘性（内摩擦）定律确定：d＝（1-10）dy2式中－剪应力，N/m；d－速度梯度，1/s；dy2μ－粘度，也称动力粘度系数，N·s/m即Pa·s。2在流体力学计算中，也经常用

7、运动粘度系数：＝，m/s。的单位推导：m332kgsmNsms2m22mkgmkgs气体粘度与温度之间的关系表示为：3273CT2t0（Pa·s）（1-11）TC2734式中μt－气体在t℃时的粘度，Pa·s；μ0－气体在0℃时的粘度，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值气体种类μ60×10（Pa·