硅酸盐工业热工基础14 阻力计算

1,1.4气体流动的阻力损失及其对窑炉操作的影响,气体运动产生的阻力损失从外因来看常把它分为两类.1）摩擦阻力：由于气体流动时，与比较均匀的导管管壁相接触而产生气体内部各流层间的相对运动和内摩擦力，从前引起气体的能量损失。这种能量损失称为摩擦阻力损失。,2,2）局部阻力损失：由于气体流动时遇到局部障碍(如闸门、弯头，截面突然变化等)，气体内部质点相对运动剧增，形成阻力。称为局部阻力。气体由于克服阻力而消耗的能量，称为局部阻力损失。由此看出：气体的阻力损失意味着气体中机械能转变成为热能。,3,1.4.1摩擦阻力,（1）摩擦阻力计算,(Pa),（2）摩擦阻力系数,粗略计算时：b、n与管壁粗糙度有关的常数n=0.12-0.25窑炉烟道内计算摩擦阻力时，一般取=0.05,层流:,流体在直管中流动时由于流体的粘性产生内摩擦而产生的能量损失,紊流,4,影响摩擦阻力损失的因素,1）层流情况下，摩擦阻力损失与速度的一次方成正比;2）紊流情况下,由于的指数波动于0.120.25，所以其摩擦阻力损失与速度的1.751.88次方成正比。3）层流情况下，摩擦阻力损失与管壁的粗糙度无关；4）紊流时则与管壁的粗糙度有关，管壁越粗糙，摩擦阻力系数越大，因而摩擦阻力也越大。一般地，在粗略计算时，对于光滑金属管道0.020.025；对于粗糙金属管道，0.0350.04；对于砖砌管道，0.050.06。,5,1.4.2局部阻力,（1）局部阻力计算,(Pa),（2）局部阻力系数,层流:,1.4.3流动的总阻力,(Pa),转向、变速产生漩涡,流体通过管路中的管件、阀门、突然扩大，突然缩小等局部障碍，引起边界层的分离，产生漩涡而造成的能量损失,6,影响局部阻力损失的因素,一般地，局部阻力损失远大于摩擦阻力损失。当气体为紊流运动时，对局部阻力系数影响不大；局部阻力系数的大小主要取决于局部阻力性质。,7,1.4.4特殊阻力计算,（1）气体通过料跺的阻力损失:0.98Pa/m,（2）气体通过物料层的阻力损失,8,（3）气体通过蓄热室格子砖的阻力损失,9,（4）气体通过管束的阻力损失,10,11,12,阻力损失对窑炉的操作一般说来是不利的。例如在陶瓷生产若窑炉内料垛阻力大，则沿气流运动方向上窑内各截面的压差就相应增大。若料垛阻力过大，则沿气流运动方向上的截面压差将相应加大，尤其是当隧道窑中烧成带正压过大时，热气体将从窑下坑道溢出，这会使窑车过热而损坏，造成停窑事故。,1.4.5阻力损失对窑炉操作的影响,13,例如：某电瓷厂的隧道窑，全窑采用正压操作，在料垛密码时，烧成带和预热带的平均料垛阻力越过1.10帕/米，造成烧成带正压过大，使大量热气体漏至窑下坑道，每年因窑车过热损失而造成停窑事故多达十余次。当料垛改为稀码后，烧成带和预热带料垛阻力减小到0.5帕/米，烧成带最大正压由55帕减小到30.4帕。这样，全年就没有发生过停窑事故，并且窑的热效率也显著提高。另外，当窑内阻力损失过大时，烟囱就要建得很高，这就大大增加了基建费用，如用风机时，也因阻力损失过大需选用大功率风机，增加了电能的消耗。,14,因而，在工程上，气体在管路中流动时，其流速有一个适宜的范围。1）对于连接送风机的空气管道(低压)：总管中气流速度：l0-15米/秒；支管：8-12米/秒。对于用压缩机输送的空气管道：总管中气流速度：15-20米/秒；支管：8-12米/秒。对于自然通风管道，气流速度：3-7米/秒。,15,2）气体在各种窑炉内流动速度的适宜范围，它一方面应该考虑沿气流流动方向上阻力损失不能过大，另一方面也应该考虑到窑内热量传递的快慢。当然，最好的办法是两者都能兼顾。,16,在窑炉操作上，有时也可以利用阻力损失的规律，按照我们的意图宋控制窑炉内热气体的流动方向和热气体的流量，以达到控制炉内各部分的温度。,17,例如：在一般的倒焰窑中，水平截面上往往出现温差，其造成的原因往往是由于吸火孔、烟道结构的缺点所引起。吸火孔分布在整个窑底上，而烟道仅设置在局部位置上，而且主烟道一般又单端排烟，这就形成靠近烟道处及在烟道长度方向上靠近烟囱的一端温度高，而离主烟道较远处及在烟道的封闭端的温度较低。这如同分支并联管路一样，靠近烟道和靠近烟囱一端的阻力较小，因而流过的热烟气量较多，温度较其他部位高。,18,为了克服水平截面上各部位温度的不均匀现象。从窑的结构上：一般使窑底吸火孔的阻力显著地大于支烟道、主烟道的气流阻力，即相对地增加支烟道和主烟道的截面。使气体的流动主要受分布在整个窑底上吸火孔的控制，用以削弱因距烟囱远近的不同的带来的影响。,19,同时，吸火孔则按窑内不同部位合理分布。其基本原则是：易散热或需热量多的部位吸火孔多留一些，或吸火孔留大一点。其他部位吸火孔砌得小一些。吸火孔也如同管路系统中的分支并联管路一样，吸火孔当量宜径大者，阻力小，流过的热烟气量就多；吸火孔个数多，则总的孔隙面积加大，流过的热烟气也多。其他部位相对地流过的热烟气量较少。,20,窑底吸火孔各部位的合理尺寸应根据烧成后窑炉内各部位制品的烧成情况加以调整。同时，在操作上，我们也可以主动控制，如合四调整制品码窑的密度，使窑内温度均匀。,21,减少阻力损失的措施：1）从所有阻力损失计算公式看，流速减少，阻力将显显著减少。因此，减少流速可以有效地减少阻力损失。但流速不能过小，否则，管径截面过大，消耗的建材多。下表列出了合理的气流速度。2）实际上，在窑炉管道中，能量主要损失在局部阻力上，因此，应主要考虑使气流方向转变圆滑，转变次数减少，尽量不改变气流速度。3）合理的窑体结构和合理的操作。,22,一般，局部阻力损失远大于摩擦阻力损失。所以，减少压头损失必须从减小局部阻力着手。减少局部阻力的途径可归纳为五个字：圆(进口和转弯要圆滑)；平(管道要平、起伏坎坷要少)；直(管道要直、转弯要少)；缓(截面改变、速度改变、转弯等都要缓慢)；少(涡流要少)。这些都是从改进气体外部的边界和改善边壁对气流的影响出发的。,23,1.4.6管路计算,1.4.6.1经济流速,经济流速下的管径：,工业上经济流速经验值：给排水：管径在200mm以下时，0.60.8m/s；管径在200mm以上时，0.2m/s；车间非主干管道的工业给水，0.m/s；重油在管道中的流速：0.0.7m/s；压缩空气及一般通风：1520m/s;窑炉系统中烟道气体采用流速：34m/s,概念：从经济角度来看，应选用一个使一次性投资与日常管理费用之和为最小值的速度才合理，这样的速度称为经济流速。,24,1.4.6.2简单管路的计算,管路由管材、管件、阀件等按一定方式联接而成的供流体流动或输送的设施，从进口到出口，没有分支，管径不变,简单管路计算内容,已知管径、管长、流体输送量和管路阻力系数，求流体通过管路的阻力损失,已知管长，流量，允许的阻力损失，求管径已知管径，管长,允许的阻力损失，求流体的流速或流量,简单管路,25,1.4.6.3管路的串联与