第一章 窑炉气体力学小结.doc

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1、第一章窑炉气体力学小结一、静力学基本方程式p+ρgz=常数(重力场作用下的静止流体)二、连续性方程式f1u1ρ1=f2u2ρ2=f3u3ρ3=qv=常数(流体在管道内作稳定流动)三、柏努利方程式对于不可压缩的理想流体，ρ=常数，带入dp+ρgdz+ρd(u2/2)=0积分得：p+ρgz+ρu2/2=常数对于同一流线上1、2两点，柏努利方程式可表示为：p1+ρgz1+ρu12/2=p2+ρgz2+ρu22/2若考虑流体在流动过程中因摩擦、冲击而消耗部分能量，1-2处柏努利方程式为：p1+ρgz1+ρu12/2=p2+ρgz2+ρu22/2+hl1-2实际流体由I－I截

2、面流至II－II截面时总流的柏努利方程式可表示为：a=2（圆管层流）；a=1.03－1.1（圆管湍流）四、两气体的柏努利方程(ph1-pa1)+gz1(ρa-ρh)+ρhu12/2=(ph2-pa2)+(ρa-ρh)gz2+ρhu22/2+hl1-2压头概念（1）相对静压头hs；hs=ph-pa（2）相对几何压头hg；hg=Hg(ρa-ρh)（3）动压头hk；hk=ρhu2/2（4）压头损失hl。各压头之间转换关系如图所示，动压头转换为压头损失是不可逆的。五、气体运动过程中的阻力损失1、摩擦阻力气体在管道内流动，由于管壁的摩擦作用以及气体内部的摩擦作用，形成了管道对

3、气体的摩擦阻力。摩擦阻力的计算式：hlm=lλ/d·(ρu2/2)Pa气体在直管内做层流流动时，摩擦阻力系数λ=64/Re，式中：Re=ρul/μ，雷诺数；气体做湍流流动时，摩擦阻力系数不仅与Re有关，还与管壁粗糙度有关，λ=A/Ren2、局部阻力当气体管道发生局部变形，如扩张、收缩、拐弯、通道设闸板等障碍。气流速度与方向均发生变化，局部阻力hlj计算式：hlj=K(ρu2/2)K－局部阻力系数，K决定于局部阻力性质（障碍形状与尺寸）3、气体通过散料层的阻力1）平均直径dm2）物料堆积孔隙率εε=V0/V=(V－Vs)/V3）球形度ΦΦ=(球体表面积/颗粒表面积)等

4、体积4）比表面积a对于单一颗粒的比表面积a可表示为a=颗粒表面积/颗粒体积=(πd2/Φ)/(πd3/6)=6/(Φd)对于料层，比表面积a表示为：a=料层颗粒总表面积/料层体积=6(1－ε)/（Φdm）5）料层孔隙当量直径dede=(4×通道截面积)/(通道浸润周边)=(4Vε)/(Va)=4ε/a=2εΦdm/3(1－ε)气体通过散料层流动阻力损失：hls=λ0H/de·（ρu02/2）Pa当气体通过料层流动时，流速难于确定。为此需要换算成空窑速度，即气体流量V除以窑的横截面积F。u=V/F；u0=V/F0；u0=u/ε；F0=Fε以空窑速度表示的通过孔隙的气体

5、流速。考虑到阻力系数，以及其与气流的雷诺数之间的一系列计算，经计算简化整理得到：hls=λ*·(9/4)·(H/dm)·[(1-ε)2/(ε3φ2)]·(ρu2/2)Pa式中，H：料层高度，m；u：空窑速度，m/s；λ*：修正阻力系数；ε：物料堆积孔隙率；φ：球形度；dm：颗粒平均尺寸，m。可看出：H↑，u↑，T(u)↑→hls↑；φ↑，dm↑→hls↓4、气体通过管束的阻力气体横向通过管束的阻力损失hlg=Kg·(ρu2/2)对顺排式的管束：¡当Re≥5×104，Kg=nsα/b+β式中：n：沿气流方向的管子排数；s：沿气流方向的管子的中心距，m；α，β为实验常数

6、，α=0.028(b/δ)2，β=(b/δ－1)2。¡当Re<5×104，阻力系数乘以如下修正系数ψ。对于叉排式的管束：¡当Re>5×104kg’=(0.8～0.9)kg；当Re<5×104，修正系数ψ’六、气体的流出1、不可压缩气体通过孔口、管嘴流出当气体由一个较大空间突然经过一个较小孔口向外逸出，如图所示，气流发生收缩，称为缩流。a.薄墙小孔；b.管嘴选取I－I截面在窑内，II－II面在气流最小截面处，两截面的几何压头不发生变化，假定气体流动时没有阻力损失，根据柏努利方程：p1+ρu12/2=p2+ρu22/2因为f1>>f2，u1<

7、u2=[2(p1－p0)/ρ]0.5m/s若考虑能量损失，加入速度系数φ，V=f2u2=f2u2’=εf·φu2=μfu2，μ（=εφ）－流量系数。考虑内外静压差，p1-p0=gH(ρa-ρ)，则:V=μf[2gH(ρa-ρ)/ρ]1/2m3/s2、炉门溢气在距窑底x处取一单元，df=Bdx单位时间通过单元面积的气体流量为：dV=μdf[2gx(ρa-ρ)/ρ]0.5=μB[2gx(ρa-ρ)/ρ]0.5dx单位时间通过炉门的总溢气量：得：V=2/3·μBH[2gH(ρa－ρ)/ρ]0.5m3/s七、可压缩气体的流动1、一元稳定流动的柏努利方程式：dp+ρgdz