第一章 窑炉气体力学小结

1、第一章 窑炉气体力学小结一、静力学基本方程式 p+gz=常数 (重力场作用下的静止流体)二、连续性方程式 f1u11=f2u22=f3u33=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，=常数，带入dp+gdz +d(u2/2)=0 积分得： p+gz+u2/2=常数对于同一流线上1、2两点，柏努利方程式可表示为： p1+gz1+u12/2=p2+gz2+u22/2 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+gz1+u12/2=p2+gz2+u22/2+h l1-2实际流体由II截面流至IIII截面时总流的柏努 利方程式可

2、表示为：a=2（圆管层流）；a=1.031.1（圆管湍流）四、两气体的柏努利方程(ph1-pa1)+gz1(a-h)+hu12/2 =(ph2 - pa2)+(a-h)gz2+hu22/2+h l1-2压头概念（1）相对静压头hs；hs = ph-pa（2）相对几何压头hg；hg=Hg(a-h)（3）动压头hk；hk =hu2/2（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，形成了管道对气体的摩擦阻力。 摩擦阻力的计算式： hlm = l/d(u2/2) Pa

3、气体在直管内做层流流动时，摩擦阻力系数= 64/Re，式中：Re=ul/，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，=A/Ren 2、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 (u2/2) 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 = V0/V=(VVs)/V3）球形度 =(球体表面积/颗粒表面积)等体积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= (d2/)/(d3

4、/6) =6/(d) 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)/（dm）5）料层孔隙当量直径de de =(4通道截面积)/(通道浸润周边) =(4V)/(V a)=4/a=2dm/3(1)气体通过散料层流动阻力损失：hls = 0H/de（u02/2） 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 / ； F0 = F 以空窑速度表示的通过孔隙的气体流速。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=*(9/4)(

5、H/dm)(1-)2/(32)(u2/2) Pa 式中， H：料层高度，m； u：空窑速度，m/s；*：修正阻力系数； ：物料堆积孔隙率；：球形度； dm：颗粒平均尺寸，m。 可看出： H，u，T(u) hls ； ， dm hls4、气体通过管束的阻力气体横向通过管束的阻力损失 hlg= Kg(u2/2)对顺排式的管束： 当Re5104，Kg=ns/b + 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； ，为实验常数，= 0.028(b/)2， = (b/1)2。 当Re 5104 kg = ( 0.80.9)kg ；当Re f2 ，u11，u a，超音速流动； M=1

6、，u = a，等音速流动； M1，u a，亚音速流动。3、流速与断面的关系由连续性方程式uA = C，取对数并微分， d/+du/u+dA/A= 0；a2 = dp/d；a2= u2/M2； dp/=-udu， 1/AdA = (M21)1/udu可压缩气体的流动速度与断面的关系：（1）当M 1，ua，(M21) 1，ua，(M21) 0，dA与du符号相同。流速与断面成正比，其原因是由于超音速流体密度变化大于速度变化。（3）当M=1，u=a，必有dA=0， 此时断面A称为临界断面Ae，为最小断面。在临界断面上，气流速度等于当地音速ae，还可称为临界速度ue。4、可压缩气体经收缩管嘴的流动气体

7、由容器中经收缩管嘴流出，如图，容器尺寸较大，故可认为速度u0= 0， p0/(-1)0 = p/(-1)+u2/2p/= C，0/= (p0/p)1/；= p/p0 u = 2/(-1)(p0/0)1-(p/p0)(-1)/ 1/2= 2/(-1)(p0/0)1-(-1)/ 1/2 m/s计算气体由收缩管嘴流出的流量，根据m=uA，得到：m=A2/(-1)p002/-(+1)/1/2=A2/(-1)p00(p/p0)2/-(p/p0)(+1)/ 1/25、气体通过拉伐尔管流出拉伐尔管喉部，即临界断面，压力比为临界压力比，流速为当地音速，质量流量为最大质量流量，其临界断面积Ae = mmax/2

8、/(-1)p00e2/-e(+1)/1/2 出口断面积A= mmax/2/(-1)p00(p/p0)2/-(p/p0)(+1)/1/2 6、流股及流股作用下窑内气体运动（1）自由流股 气体由管内向自由空间喷出后形成自由流股。它满足的两个条件：四周静止气体的物理性质与喷出气体完全相同；它在整个流动过程中不受任何表面限制。（2）相交的自由流股 中心线在同一平面上的两个流股相遇后，由于相互作用，引起流股形状的改变，合并成为一个统一的流股。（3）限制空间内气体循环 限制空间内气流循环的影响因素有：a限制空间的大小；b流股喷入口与气流口的相对位置；c流股的喷出动能和流股与壁面交角。7、烟囱与喷射器 （1

9、）烟 囱 烟囱的作用是引导窑内气体运动并将废气排出。 a烟囱底部所需负压的计算1、2截面，hg2= 0，hs1+hg1+hk1=hs2+hk2+hl1-22、3截面，hg3= 0，hs2+hg2+hk2= hs3+hk3+hl2-33、4截面，hg3 = hg4，hs3 +hk3 = hs4+hk4+hl3-44、5截面，hg4 = 0， hs4+hk4= hs5+hg5+hk5+hl4-5将上述4式相加，得：hs1-hs5 = hk5-hk1+hg5-hg1-hg2+hl1-5将基准面取在66面，其柏努利公式为： -hs5 = hg5-(hk6-hk5)-hl5-6 由上式可知，烟囱几何压头

10、转变为动压头增量和阻力损失，其余转变为烟囱的负压，以引导窑内气体运动，这就是烟囱工作的基本原理。b烟囱直径计算 出口直径根据废气排出量和规定的出口速度求得：d=(4qvn/un)0.5 m qvn：烟气标态流量，m3/s； un：规定的烟气出口标态流速，m/sc烟囱高度计算 s =-hs =Hg(a-)p/p0 -(/2)(u22-u12)-um2/2H/dm)（2）喷射器喷射器是利用高速气流由小管流入两端开口的大管中，在大管入口处形成负压，带动气体流动。喷射器是一种间接抽风装置，运输窑内废气或混合两种气体。8 流态化原理流态化速度存在临界流化速度umf，当速度过小时，为固定床；过大时，呈气力输送状态，反而减少压强。经计算可得： 对于低雷诺数，Re* 1000， umf 2= dm(sg)g/(24.5g) m/s流化极限速度流化极限速度在数值上等于颗粒的自由沉降速度u = 4/3d(sg)g/(g)1/2若颗粒为非球形颗粒，加入校正系数C，C