通风除尘与物料输送(第1章)

1、通风除尘与物料输送通风除尘与物料输送 沈阳师范大学粮食学院沈阳师范大学粮食学院粮食工程系粮食工程系主讲人：陈革主讲人：陈革课程介绍课程介绍本课程主要涉及：本课程主要涉及：与粮食企业相关的通风除尘与物料输送基础知识和应用技术通风除尘：通风除尘： 采用合适的装置，有效地组织空气流动，控制和收集生产过程中产生的粉尘以创造良好的生产和生活环境，保护大气环境。物料输送，包括气力输送和机械输送两种形式。物料输送，包括气力输送和机械输送两种形式。气力输送：气力输送： 采用一定的装置，利用一定的速度空气输送物料，以满足生产工艺的要求，保证连续性生产。简称为“风运”。机械输送：机械输送： 应用一系列机械输送装置

2、，完成物料的提升和定向输送，既减轻工人的劳动强度，又满足生产工艺要求，保证连续性生产。课程介绍课程介绍本课程相关的基础知识：本课程相关的基础知识：空气流动的流体力学原理通风机机械原理与机械结构本课程的特点：本课程的特点：应用性强。 需要掌握通风除尘与气力输送系统的设计计算、机械输送设备的选型选型计算计算查表或设计手册。（有开卷考试） 掌握通风除尘与气力输送装置、机械输送设备的操作与运行管理操作与运行管理等相关应用技能。第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 与空气流动有关的流体力学基础知识空气的性质空气流动的基本方程空气流动的阻力和能量损失计算空气流动的基本参数测试技术等。重

3、点！重点！第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.1 流体及连续性介质模型流体及连续性介质模型1.1.1 流体流体 液体和气体是在任何微小切应力的作用下都能够发生连续变形，具有易变形性或易流动性。因此液体和气体统称为流体。 气体没有一定的体积，不存在自由表面自由表面，具有显著的压缩性和膨胀性； 液体具有一定的体积，有自由表面自由表面，一般情况下不具有压缩性和膨胀性。 第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.1 流体及连续性介质模型流体及连续性介质模型1.1.2 连续性介质模型连续性介质模型空气是由大量的分子组成的。 在流体力学中，忽略空气分子间的间隙

4、，将空气看成是由无限多、连续分布的流体微团所组成的连续介质。流体微团流体微团也可称为流体质点。 1755年欧拉提出的“连续介质模型” 当把流体看作连续介质后，表征流体宏观运动的宏观物理属性的物理量在空间和时间上也都是连续分布的，连续函数。 可用解析函数等诸多数学工具去研究流体的平衡和运动规律，为流体力学的研究提供了更大的方便。 从宏观角度研究工程问题从宏观角度研究工程问题从微观角度分析从微观角度分析 工程实践证明是可行的第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.2 空气的基本性质空气的基本性质1.2.1 空气的密度和重度空气的密度和重度1.密度密度单位体积空气所具有的质量称

5、为空气的密度，用符号“”表示。dVdMVMV0lim非均质空气 ：M：空气的质量，kg V：空气的体积，m3 ：空气的密度，kg/m3 均质空气 ：VM第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.2 空气的基本性质空气的基本性质1.2.1 空气的密度和重度空气的密度和重度2.重度重度单位体积空气所具有的重量为空气的重度，用符号“”表示，单位为N/m3。密度与重度的关系：=g g：重力加速度，m/s2，一般取9.81 m/s2。 在国际单位制中，重量的单位为N， 所以重度的国际单位制是N/m3 ；在工程单位制中，重量的单位为kg，所以重度的工程单位制是kg/m3。第第1章章 空

6、气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.2 空气的基本性质空气的基本性质1.2.2 空气的温度和湿度空气的温度和湿度1.温度温度温度是标志空气冷热程度的物理量。 温度的表示常采用摄氏温标摄氏温标和绝对温标绝对温标两种方法 摄氏温度（t）和绝对温度（T）之间的换算关系：T=273+t（K） 摄氏温标表示的温度即摄氏温度，单位为0C，用字母t表示；绝对温标即热力学温标（绝对温度），单位为K，采用大写字母T表示。 何时用到绝对温度？何时用到绝对温度？第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.2 空气的基本性质空气的基本性质1.2.2 空气的温度和湿度空气的温度和湿度2.湿

7、度湿度空气中水汽的含量称为空气的湿度。 空气的湿度有绝对湿度绝对湿度和相对湿度相对湿度两种表示方法。 相对湿度：在一定条件下，空气的含水量趋于其饱和含水量的程度。绝对湿度：单位质量或单位体积空气中所含水汽的质量，单位kgkg或kgm3。空气的相对湿度一般在3080之间。相对湿度的数值高于80时为高湿度空气，低于30时为异常干燥状态。工程上，一般采用相对湿度相对湿度表示空气的含湿量。空气中的水汽含量有一最高含量空气中的水汽含量有一最高含量第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.2 空气的基本性质空气的基本性质1.2.3 空气的压强空气的压强定义：空气垂直作用于容器壁面上单位

8、面积的力。 说明： 通风工程中所说指的压力就是通常物理学中所指的压强，即空气垂直作用于管壁单位面积上的压力。 压强大小与何因素有关？压强大小与何因素有关？AFp p：压强，Nm2或Pa F：垂直作用于管壁的合力，N A：管壁的总面积，m2 从分子运动来考虑从分子运动来考虑第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.2 空气的基本性质空气的基本性质1.2.3 空气的压强空气的压强1.压强的单位压强的单位工程上用kgfm2（1）应力单位（2）液柱单位（3）大气压单位用单位面积的力来度量，Nm2或Pa。 用液柱高度来度量，如毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O）。 用大气压来

9、度量，如物理大气压（atm）、工程大气压（at）。相互的换算关系为： 1 kgm2=9.81 Nm2=9.81Pa1mmHg=13.6mmH2O1mmH2O=1 kgm21atm=10336 kgm2=10336 mmH2O =760 mmHg 1at=10000 kgm2=1 kg/cm2=10000 mmH2O =9.81104Pa =736 mmHg工厂里常说的压力单位工厂里常说的压力单位第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.2 空气的基本性质空气的基本性质1.2.3 空气的压强空气的压强2.压强的表示方法压强的表示方法真空度=大气压-绝对压强（1）绝对压强以绝对

10、真空为基准度量的压强，其值为恒为正。（2）相对压强以当时、当地大气压为基准度量的压强。（3）真空度当绝对压强低于大气压强时，其绝对压强小于大气压的那部分数值。 压力表读出的数值一般为相对压强，也称为表压。第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.2 空气的基本性质空气的基本性质1.2.4 流体的黏性流体的黏性1.流体的黏性流体的黏性温度对液体、气体的影响有何不同？由于流体分子间的相互作用，流体内部存在着阻碍阻碍流体质点间相对运动相对运动的性质。 液体产生黏性的主要原因是液体分子间的吸引；气体产生黏性的主要原因是气体分子的热运动。 黏性产生流体中的内摩擦力大小可根据牛顿内摩擦

11、定律来计算： dyduATdudy：垂直于速度方向的速度变化率，ls A：流层间接触面积，m2 ：黏度或称动力黏度，Pas T：黏性切向力或内摩擦力，N 第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.2 空气的基本性质空气的基本性质1.2.4 流体的黏性流体的黏性2.影响黏性的因素影响黏性的因素流体的黏性受压强和温度的影响。压强的影响：压强的影响：在通常的压强通常的压强下，压强对流体的黏性影响很小，可忽略不计。在高压下高压下，流体（包括气体和液体）的黏性随压强升高而增大。 温度的影响：温度的影响：流体的黏性受温度的影响很大，而且液体和气体的黏性随温度的变化是不同的 。第第1章章

12、 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.2 空气的基本性质空气的基本性质1.2.5 空气的压缩性和膨胀性空气的压缩性和膨胀性膨胀性：在一定压强条件下，流体的体积随着温度变化而变化的性质；压缩性：在一定温度条件下，流体的体积随着压强变化而变化的性质。 空气密度与温度和压强的关系：RTpR：气体常数，对于空气R=287Nm/（kgK） T绝对温度，K ：空气的密度kgm3 P：空气的绝对压强pa 热力学中的状态方程条件：在压强不过高（p253K）。第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.2 空气的基本性质空气的基本性质1.2.5 空气的压缩性和膨胀性空气的压缩性和

13、膨胀性随着压强和温度的变化，液体的密度仅有微小变化， 在大多数情况下，可忽略。 密度为常数的流体就是不可压缩流体不可压缩流体。随着压强和温度的变化，气体密度变化性大。气体的密度不能作为常数。密度随温度和压强变化的流体则为可压缩流体可压缩流体。对于一般的通风和气力输送风网，空气可按不可压缩流体处理；对于高真空气力输送、气力压运输送风网，空气的流动则多看作可压缩气体。在实际工程中，要不要考虑流体的压缩性，要视在实际工程中，要不要考虑流体的压缩性，要视具体情况而定。具体情况而定。 为了通风计算或通风设备参数的表示有一个统一的标准，在通风工程定义了标准空气。标准空气密度=1.2kgm3。第第1章章 空

14、气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.3 空气管流的有关概念空气管流的有关概念1.3.1 稳定流与非稳定流稳定流与非稳定流流场中各点上流体的流动参数的不随时间而变化，这种流动就称为稳定流。空气在管道中的流动 流场中流动参数全部或其中之一随时间变化而变化，这种流动就称为非稳定流。 稳定流稳定流 非稳定流非稳定流 在通风除尘网路中，如果网路阻力、风机转速均不变，空气的流动可视为稳定流动。在气力输送网路中，如果提升管的输送量不变，管内空气流动也可以视为稳定流动。第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.3 空气管流的有关概念空气管流的有关概念1.3.2 迹线与流线迹线与

15、流线迹线：是流场中流体质点在一段时间内运动的轨迹线。 流线：是流场中某一瞬时的一条空间曲线，在该线上各点的流体质点所具有的速度方向与该点的切线方向重合。 每个质点都有一个运动轨迹，所以迹线是一簇曲线。流线一般不能相交也不能是折线，只能是一簇不相交的光滑曲线或直线。流速大小可由流线的疏密程度而定 在稳定流动中，各质点的速度不随时间而改变，故流线其形状也不会随时间发生变化；在非稳定流动中，流线的形状要随时间发生变化，不同的时刻通过同一点的流线形状不同。第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.3 空气管流的有关概念空气管流的有关概念1.3.3 流管、流束与总流流管、流束与总流流

16、场中画一条封闭的曲线。经过曲线的每一点作流线由这些流线所围成的管子称为流管。 过流断面无限小的流管称为微小流管微小流管。无数微小流管的总和称为总流总流。稳定流时流管不随时间而变化。流管就像真实管子一样。 充满在流管中的运动流体（即流管内流线的总体）称为流束流束。垂直于流束的横断面称为过流断面过流断面。 第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.3.4 空气管流的流动状态与流速分布空气管流的流动状态与流速分布1. 层流、紊流层流、紊流层流：层流：流体在管流中以较低速度沿管轴方向流动时，流束之间或流体层与层之间彼此不相混杂，质点没有径向的运动，都保持各自的流线运动的流动状态，称

17、为层流运动。 紊流：紊流：当管道中流体速度较高沿管轴方向流动时，流体质点在管流的径向上也得到了附加速度，流动发生了混合，层流被破坏，流动状态发展为紊流，称为紊流运动。英国科学家雷诺在1883年通过大量实验首先发现_（演示）演示）第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.3.4 空气管流的流动状态与流速分布空气管流的流动状态与流速分布1. 层流、紊流层流、紊流雷诺数Re的大小是判断流动类型的准则数 VDRe雷诺数是一个无因次量，一般通风工程取Re=2320作为判断管道中流动状态的标准，即： 是层流状态2320Re 为临界状态2320Re 是紊流状态2320Re 第第1章章 空

18、气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.3.4 空气管流的流动状态与流速分布空气管流的流动状态与流速分布2. 层流与紊流管流的速度分布规律层流与紊流管流的速度分布规律层流流动状态的速度分布层流流动状态的速度分布 紊流流动状态的速度分布紊流流动状态的速度分布 层流流动状态的速度分布层流流动状态的速度分布 紊流流动状态的速度分布紊流流动状态的速度分布 第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.3.5 有效断面、流量与平均流速有效断面、流量与平均流速1.有效断面有效断面是指与微小流束或总流各流线相垂直的横断面。横断面。 对于流线呈平行直线的情况下，有效断面为与流体运动方向

19、垂直的横断面横断面。2.流量流量单位时间内流体流经有效断面的流体量体积流量（Q）、质量流量（M）和重量流量（G）对于通风工程，常用体积流量表示流量，即风量。(m3/h )QvA（m3/s）QM（kg/s）QG（N/s） 第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.3.5 有效断面、流量与平均流速有效断面、流量与平均流速3.平均流速平均流速V根据体积流量相等原则确定的平均流速由于流体有粘性，任一有效断面上各点速度大小不等。AvdVAQAAQAAvdVA则有：体积流量，m3s 有效断面的面积，m2 有效断面的平均流速，ms 第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理

20、 1.3.5 有效断面、流量与平均流速有效断面、流量与平均流速3.平均流速平均流速V例题通风机的风量为2000m3s。若风管直径d=200mm。试计算流体的平均流速，并将体积流量换算成质量流量和重量流量。（空气=1.2kgm3）smAQV/7 .172 . 043600/200032skghkgQM/67. 0/240020002 . 1sNhNgQQG/54. 6/23544200081. 92 . 1解：（1）计算平均流速（2）计算质量流量（3）计算重量流量： 第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.4 空气管流的连续性方程空气管流的连续性方程流体运动的连续性条件流体

21、运动的连续性条件: 因为流体是连续的介质，所以在研究流体流动时，可以认为流体是连续地充满它所占据的空间。 质量守恒定律 对于空间固定的封闭曲面，非稳定流时流入的流体质量与流出的流体质量之差，应等于封闭曲面内流体质量的变化量。对于空间固定的封闭曲面，稳定流时流入的流体质量必然等于流出的流体的质量。第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.4 空气管流的连续性方程空气管流的连续性方程对于空间固定的封闭曲面，稳定流时流入的流体质量必然等于流出的流体的质量。连续性方程的表达式可写成： 1V1A1=2V2A2 式中 1、2有效断面 A1和 A2处流体平均密度； V1、V2有效断面 A

22、1和 A2处流体平均流速； A1、A2有效断面 1、2 的断面面积。 A1V1= A2V2 第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.4 空气管流的连续性方程空气管流的连续性方程 例题例题如图1-9所示的通风管道，d1=100mm，d2=120mm毫米，d3=200mm。（1）当风量为700m3h，求各管道的平均风速。（2）当风量增大到1000米3时，求平均流速如何变化。（取常数） d1 d2 d3 （1）根据连续性方程 V1A1=V2A2=V3A3=Q 所以：smAQV/8 .2412. 043600/700211 smAQV/1115. 043600/700222 sm

23、AAVV/2 . 62 . 01 . 08 .243113 解：解：第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 1.4 空气管流的连续性方程空气管流的连续性方程 例题例题如图1-9所示的通风管道，d1=100mm，d2=120mm毫米，d3=200mm。（1）当风量为700m3h，求各管道的平均风速。（2）当风量增大到1000米3时，求平均流速如何变化。（取常数） d1 d2 d3 （2）各断面流速比例保持不变，风量增大到期 1000m3/h，即流量增大710倍，则各管流速也增加710倍，即 秒米/4 .357108 .241V 秒米/7 .15710112V 秒米/86. 87

24、102 . 63V 解：解：n写出连续性方程公式?n总结连续性方程所代表的意义？ 在通风过程中，空气管流可以近似作为不可压缩在管道中稳态流动。 它说明空气管流沿流程体积流量为一常值，各有效断面平均流速与有效断面面积成反比，即断面大处流速小，断面小处流速大。 只要空气的流量已知，或任一断面的平均流速和断面积已知，其它各个断面的平均流速即可用连续性方程计算出来。现象表明：现象表明：截面大的地方流速小，压力大，截面小的地方流速大，压力小。截面大的地方流速小，压力大，截面小的地方流速大，压力小。1.5 空气流动的能量方程（空气流动的能量方程（伯努利方程伯努利方程)第第1章章 空气流动的流体力学原理空气

25、流动的流体力学原理 截面1截面21.5 空气流动的能量方程（空气流动的能量方程（伯努利方程伯努利方程)第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 当空气在没有支管的管道中流动时，对于任意两个截面，以相对压力表示的当空气在没有支管的管道中流动时，对于任意两个截面，以相对压力表示的伯努利方程可写成：伯努利方程可写成： H全全1= H静静1+H动动1=H全全2=H静静2+H动动2 H全全=H静静+H动动=常数常数 若以符号若以符号H全全、H静静、H动动表示，能量守恒，则有：表示，能量守恒，则有： H全全1=H静静1+H动动1=常数常数 H全全2=H静静2+H动动2=常数常数 1.5 空

26、气流动的能量方程（空气流动的能量方程（伯努利方程伯努利方程)第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 应用以上伯努利方程时，必须满足以下条件： 不可压缩理想流体在管道内作稳态流动； 流动系统中，在所讨论的二个截面间没有能量加入或输出； 在列方程的两截面间沿程流量不变，即没有支管； 截面上速度均匀，流体处于均匀流段。在速度发生急变的截面 上，不能应用该方程。1.5 空气流动的能量方程（空气流动的能量方程（伯努利方程伯努利方程)第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 实际上空气是有粘性的，流动时将由于流体的内摩擦作用而产生能量损失，若实际上空气是有粘性的，流动时将

27、由于流体的内摩擦作用而产生能量损失，若空气的能量损耗用空气的能量损耗用H损损1-2表示，根据能量守恒定律，则应有：表示，根据能量守恒定律，则应有： H静静1+H动动1=H静静2+H动动2+H损损1-2 或：或： H全全1=H全全2+ H损损1-2 这种能量损失表现为压力的变化，也叫压力损失。这种能量损失表现为压力的变化，也叫压力损失。1.5 空气流动的能量方程（空气流动的能量方程（伯努利方程伯努利方程)第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 当有外功加入系统时，例如在包括通风机在内的通风管道的两截面间列能量当有外功加入系统时，例如在包括通风机在内的通风管道的两截面间列能量守恒

28、方程，此时，应将输入的单位能量项守恒方程，此时，应将输入的单位能量项H风机风机加在方程的左方：加在方程的左方：H全全1+H风机风机=H全全2H损损1-2H静静1+H动动1+H风机风机=H静静2+H动动2+H损损1-2式中：式中：H风机风机通风机供给的能量；通风机供给的能量；H损损1-2两截面间的能量损失。两截面间的能量损失。1.5 空气流动的能量方程（空气流动的能量方程（伯努利方程伯努利方程)第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 【例题】某风机风管入口处测得 h1=12 毫米水柱，风机进、出口分别测得 h2=300 毫米水柱、H3=500 毫米。D1=200 毫米、D2=2

29、50 毫米。求：不计入口损失时 1.通风机的流量？（米3、/时） 2.吸入段和压段的阻力？（公斤/米2） 3.风机的全压？（公斤/米2） 4.试画出该风网压力分布图。 作业作业1.5 空气流动的能量方程（空气流动的能量方程（伯努利方程伯努利方程)复习复习第第1章章 空气流动的流体力学原理空气流动的流体力学原理 当有外功加入系统时，例如在包括通风机在内的通风管道的两截面间列能量当有外功加入系统时，例如在包括通风机在内的通风管道的两截面间列能量守恒方程，此时，应将输入的单位能量项守恒方程，此时，应将输入的单位能量项H风机风机加在方程的左方：加在方程的左方：H全全1+H风机风机=H全全2H损损1-2

30、H静静1+H动动1+H风机风机=H静静2+H动动2+H损损1-2式中：式中：H风机风机通风机供给的能量；通风机供给的能量；H损损1-2两截面间的能量损失。两截面间的能量损失。1.6 流动阻力和能量损失n空气的黏滞性使空气流动时产生流动阻力。n根据流体流动的边界条件变化，流动阻力分为沿程摩擦阻力和局部阻力两类。n这一节我们学习流动阻力的类型和计算。1.6 流动阻力和能量损失1.6.1 沿程摩擦阻力和沿程摩擦能量损失 空气在直长管道中流动时，流速恒定不变，流动阻力只有沿程不变的 切应力，称为沿程摩擦阻力。 空气在直长管道中流动克服沿程摩擦阻力损失的能量，称为沿程摩擦 能量损失，简称沿程损失。 两断

31、面的沿程摩擦阻力为：21OOmHHHgVLDHm22或还可以表示为RLHm1.6 流动阻力和能量损失对非圆管道，用当量直径计算,即：gVLDHm22当当量直径可以用流速当量直径或流量当量直径。1.流速当量直径baabDV22.流量当量直径20332651.Qbaba.D1.6 流动阻力和能量损失1.6.2局部阻力和局部损失 当空气流径管道中的局部管道或设备时，由于在边界急剧变化的区域出现了旋涡区和速度的重新分布，从而使流动阻力大大增加，这种阻力称为局部阻力。 空气流动克服局部阻力引起的能量损失，称为局部损失。 局部阻力按下式计算：gVHj22 几种常见部件局部阻力系数的确定。 (1)弯头对应的弯头阻力系数见附录。1.6 流动阻力和能量损失(2)阀门 根据开启程度，查附录可得到局部阻力系数。 (3)三通 根据三通夹角、主流管道直径与支流管道直径的比值(D主/D支)和支流管道内气流速度与主流管道内气流速度的比值(V支/V主)，查附录三可得到主流管管道三通和支流管道的阻力系数。(4)汇集管LRH大汇21.6.3 管网总阻力1.管网 直长管道、局部构件(变形管、变径管、节流阀、除尘设备、其他构件)2.管网总阻力1.6.4 管网特性曲线jmHHHjmHHH由及gVLDHm22gVHj22AVQ 得222212122AQggLDg