硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)第一章

熱工過程與設(shè)備第一章 窯爐系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動 不可壓縮氣體的流動 可壓縮氣體的流動 氣體射流 熟練掌握 了解 了解及自學(xué) 熱工過程與設(shè)備第一章 一 不可壓縮氣體的流動 一 氣體從窯爐內(nèi)的流出和吸入 1 氣體通過小孔的流出和吸入 靜壓頭轉(zhuǎn)變?yōu)閯訅侯^ 使壓強降低 速度增加 熱工過程與設(shè)備第一章 流出氣體在慣性作用下 氣流會發(fā)生收縮 在 截面處形成最小的截面F2 這種現(xiàn)象稱為縮流 縮流系數(shù) 氣流最小截面與小孔截面的比值 小孔的位置 熱工過程與設(shè)備第一章 截面 窯內(nèi) 截面 氣流最小截面 氣流通過小孔的壓差極小 Question 如何衡量流出氣體的快慢 多少 熱工過程與設(shè)備第一章 列 間伯努利方程 計算 熱工過程與設(shè)備第一章 熱工過程與設(shè)備第一章 熱工過程與設(shè)備第一章 縮流系數(shù) 速度系數(shù) 流量系數(shù)均應(yīng)由實驗確定 也可查表 薄壁和厚壁的概念 氣流最小截面在孔口外 薄壁 氣流最小截面在孔口內(nèi) 厚壁 熱工過程與設(shè)備第一章 熱工過程與設(shè)備第一章 Question 小孔為其它形狀 形狀 大小 熱工過程與設(shè)備第一章 2 氣體通過爐門的流出和吸入 沿爐門高度上的靜壓頭的變化對氣體流出和吸入量有影響 單位時間內(nèi)通過微元面積dF的流量 為 dF 爐門 熱工過程與設(shè)備第一章 窯底與z間的伯努利方程為 熱工過程與設(shè)備第一章 把近似看作常數(shù) 作為平均流量系數(shù) 則 熱工過程與設(shè)備第一章 總結(jié) 小孔 爐門 試一試 其它形狀爐門情形如何計算 1 10某窯爐的窯墻厚為240mm 上下各有一個直徑為200mm的小孔 兩孔間垂直距離為1m 窯內(nèi)氣體溫度為1000 煙氣標(biāo)態(tài)密度為1 32kg m3 外界空氣溫度為20 窯內(nèi)零壓面在兩個小孔垂直距離的中間 求通過上下兩個小孔的漏氣量 1 解 上部斷面的幾何壓頭小于下部斷面的幾何壓頭 而靜壓頭則相反 即 上部斷面的靜壓頭大于下部斷面的靜壓頭 本題 零壓頭在兩小孔中間 所以上孔肯定為正壓 氣體溢出 下孔為負壓 吸入空氣 所以有 解法2 熱工過程與設(shè)備第一章 二 分散垂直氣流法則 垂直分散氣流 一股氣流在垂直通道中被分割成多股平行小氣流 垂直分散氣流法則 垂直通道中 使熱氣體自上而下流動 冷氣體自下而上流動 問題 設(shè)a b通道等截面 則為保證a b通道內(nèi)溫度均勻 應(yīng)具備什么條件 熱工過程與設(shè)備第一章 a通道伯努利方程 截面為基準(zhǔn)面 則 a通道等截面 則 氣流自上而下流動時 則 熱工過程與設(shè)備第一章 氣流自下而上流動時 則 條件 欲使a b通道溫度均勻 需使a b兩端靜壓差相等 即 熱工過程與設(shè)備第一章 a b通道溫度分布均勻的條件是 氣體自上而下流動時 氣體自下而上流動時 通道內(nèi)的幾何壓頭和阻力損失相等 所以 熱工過程與設(shè)備第一章 分析兩種情況 熱工過程與設(shè)備第一章 熱氣體自下而上流動時 具體分析熱氣體情形 假若 幾何壓頭為推動力 熱工過程與設(shè)備第一章 熱氣體自上而下流動時 假若 1 幾何壓頭為阻力 冷氣體自下而上流動時 冷氣體自上而下流動時 垂直分散氣流法則 垂直通道中 使熱氣體自上而下流動 冷氣體自下而上流動 課下自學(xué)內(nèi)容 分散垂直氣流法則適用條件 幾何壓頭起主要作用的通道 熱工過程與設(shè)備第一章 1 2窯爐系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動 不可壓縮氣體的流動 可壓縮氣體的流動 氣體射流 熟練掌握 了解 了解自學(xué) 伯努利方程的適用氣體 不可壓縮氣體 穩(wěn)態(tài) 等溫 e 0 流動 二 可壓縮氣體的流動 可壓縮氣體能量方程 可壓縮氣體怎樣做能量的換算 可壓縮氣體是否有伯努利方程 熱工過程與設(shè)備第一章 可壓縮氣體絕熱流動的伯努利方程 絕熱指數(shù) 單原子氣體 雙原子氣體 包括空氣 多原子氣體 包括過熱蒸汽 熱工過程與設(shè)備第一章 熱工過程與設(shè)備第一章 一 音速和馬赫數(shù) 1 聲波在氣體中的傳播速度 音速方程式 音速 聲波在彈性介質(zhì)中的傳播速度 a m S 音速 聲音來源于物體振動 該振動會引起介質(zhì)壓強和密度的微弱變化 這種微擾動在介質(zhì)中依次傳播 就是聲音的傳播過程 熱工過程與設(shè)備第一章 考察 聲波在氣體中傳播時 引起溫差變化很小 傳播速度很大 聲音在氣體中傳播屬于可逆絕熱過程 等熵 q 0 即等熵時 熱工過程與設(shè)備第一章 如 空氣 則聲音在空氣中傳播速度為 音速與溫度有關(guān) 也為狀態(tài)參數(shù) 與地域 季節(jié)等有關(guān) 音速大小反映氣體可壓縮程度 音速越大則氣體的可壓縮程度越小 熱工過程與設(shè)備第一章 2 馬赫數(shù) 管流某界面 氣流速度w m S 當(dāng)?shù)匾羲賏 則逆氣流方向 聲波傳播速度為 其中 熱工過程與設(shè)備第一章 氣體流動可根據(jù)Ma大小來分類 Ma 1 不可壓縮流動 Ma 1 亞音速流動 Ma 1 跨音速流動 Ma 1 超音速流動 熱工過程與設(shè)備第一章 滯止 滯留 參數(shù) 流體處于靜止?fàn)顟B(tài) 流速為0的參數(shù) 以下表s表示 滯止參數(shù)一定時 氣流中的音速大小取決于氣流速度 熱工過程與設(shè)備第一章 可壓縮流體流速與斷面的關(guān)系 不可壓縮流體 流速與斷面反比 可壓縮流體 可壓縮不可壓縮氣體的對比 可用于選擇或天空或判斷 熱工過程與設(shè)備第一章 可見 Ma 1 超音速流動 時 流速與斷面呈正比 流速隨斷面增大而增大 隨斷面減小而減小 Ma 1 亞音速流動 時 流速與斷面呈反比 流速隨斷面增大而減小 隨斷面減小而增大 Ma 1時 對應(yīng)臨界斷面 熱工過程與設(shè)備第一章 二 可壓縮氣體通過漸縮噴嘴流出 1 流量和流速 高壓氣體 罐容量足夠大 氣體參數(shù)可視為常數(shù) 罐容量足夠大 氣體流速視為零 處于滯留 滯止 狀態(tài) 以下標(biāo)S標(biāo)出 氣體流出過程 流速增加 壓強下降 氣體在噴嘴中流速大 可視為絕熱 熱工過程與設(shè)備第一章 理想 可壓縮氣體能量方程 注意 不能用伯努利方程 熱工過程與設(shè)備第一章 理想氣體焓 熱工過程與設(shè)備第一章 絕熱過程 由絕熱方程 由 熱工過程與設(shè)備第一章 由 實際 熱工過程與設(shè)備第一章 2 極限速度和臨界速度 1 極限速度 討論 熱工過程與設(shè)備第一章 試驗 若想維持氣體滯止參數(shù)和出口斷面F2 采取一定手段使噴嘴出口處壓強Pa可連續(xù)調(diào)節(jié) 則 環(huán)境壓力Pa由Ps起逐漸下調(diào) 則出口處壓強P2等于Pa也連續(xù)下降 但P2下降有一限度 Pa小到一定值時 P2不再隨之下降 而是P2 Pa Pa 熱工過程與設(shè)備第一章 2 臨界速度 m有最大值E點 定義 E點對應(yīng)的狀態(tài)為臨界狀態(tài) 相應(yīng)參數(shù)為臨界參數(shù) 用下標(biāo)cr表示 熱工過程與設(shè)備第一章 由絕熱方程 問題 怎樣求 臨界參數(shù)僅與滯止參數(shù)和氣體絕熱指數(shù)有關(guān) 熱工過程與設(shè)備第一章 臨界速度等于當(dāng)?shù)匾羲?熱工過程與設(shè)備第一章 擁塞效應(yīng) 熱工過程與設(shè)備第一章 可壓縮氣體由漸縮噴嘴外射流出的極限 壓強 背壓 低至臨界壓強 溫度 低至臨界溫度 速度 高至臨界速度 當(dāng)?shù)匾羲?馬赫數(shù) 1 熱工過程與設(shè)備第一章 三 可壓縮氣體由漸縮至漸擴噴嘴外射流出 漸縮漸擴管 拉伐爾噴嘴 利用氣體壓力能獲得超音速出口氣流 喉部 漸縮 漸擴的結(jié)合部 熱工過程與設(shè)備第一章 熱工過程與設(shè)備第一章 1 氣體參數(shù)與噴嘴斷面積與速度變化的關(guān)系 能量方程 1 熱工過程與設(shè)備第一章 狀態(tài)方程 絕熱方程 dw 0 則dP d dT均 0 2 3 改書上錯 熱工過程與設(shè)備第一章 狀態(tài)連續(xù)性方程 4 4 熱工過程與設(shè)備第一章 亞音速氣流在漸縮段加速 在漸擴管減速 超音速氣流在漸縮段減速 在漸擴管加速 熱工過程與設(shè)備第一章 漸縮噴嘴對應(yīng)滯止壓強不需過高 拉伐爾噴嘴對應(yīng)滯止壓強要高于臨界壓強 實際操作時 熱工過程與設(shè)備第一章 2 氣體參數(shù)與噴嘴斷面積與馬赫數(shù)的關(guān)系 已知 熱工過程與設(shè)備第一章 熱工過程與設(shè)備第一章 熱工過程與設(shè)備第一章 熱工過程與設(shè)備第一章 熱工過程與設(shè)備第一章 1 2窯爐系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動 不可壓縮氣體的流動 可壓縮氣體的流動 氣體射流 熟練掌握 了解 了解自學(xué) 熱工過程與設(shè)備第一章 三 氣體射流 射流 氣體脫離了原來限制它流動的管道 不再受固體壁面的限制 而在空間連續(xù)擴散流動 噴射到窯內(nèi)的可燃氣 煙囪冒出的煙氣等 與管流有本質(zhì)區(qū)別 因不再受璧面的影響限制 與周圍氣體接觸混合 層流射流 管嘴直徑較小 噴出氣量小時 在管嘴出口處形成層流射流 湍流射流 管嘴直徑較大 噴出氣體流速較大時 在管嘴出口處形成湍流射流 熱工過程與設(shè)備第一章 自由射流 氣體噴射到充滿靜止介質(zhì)的無限空間中去 射流完全不受固體壁面的限制 受限射流 氣體噴射到有限空間時 射流要受到空間的部分限制 研究射流規(guī)律目的 P27 熱工過程與設(shè)備第一章 一 自由射流 湍流 等溫自由射流 噴出氣流與周圍介質(zhì)溫度 密度相等 非等溫自由射流 噴出氣流與周圍介質(zhì)存在溫度差 密度差 熱工過程與設(shè)備第一章 1 自由射流的形成和特點 1 自由射流的形成和外形特點 湍流 氣體橫縱向流動 噴出氣體則與周圍空氣不斷摻和 交換能量 動量 一起向前流動 流量 橫斷面不斷增大 流速不斷降低 形成向周圍擴散的錐形體 最終消失在空氣中 內(nèi)邊界 邊界層 外邊界 內(nèi)邊界 極點M 極角 核心收縮角 邊界層 核心區(qū) 轉(zhuǎn)折截面 開始段 主段 熱工過程與設(shè)備第一章 外邊界 速度等于零的邊界 內(nèi)邊界 速度保持初速度的邊界 極點 外邊界的交點 極角 外邊界與x軸的夾角 核心收縮角 內(nèi)邊界與x軸的夾角 邊界層 內(nèi) 外邊界之間的區(qū)域 核心區(qū) 保持初速度的區(qū)域 轉(zhuǎn)折截面 只有x軸上一點還保持初速度的截面 開始段 噴嘴出口至轉(zhuǎn)折面之間的射流區(qū)域 主段 轉(zhuǎn)折面以后至射流消失的射流區(qū)域 熱工過程與設(shè)備第一章 近似認為自由射流內(nèi)部壓強不變 等于周圍氣體的壓強 沿x軸動量不變 動能減小 2 自由射流的流動特點 自由射流可近似認為是一維流動 自由射流內(nèi)各截面上速度分布有相似性 壓強P 動量mw 流量V 動能 中心速度 熱工過程與設(shè)備第一章 2 自由射流中各運動參數(shù)的變化關(guān)系 阿勃拉莫維奇 1 主段 極角 湍流系數(shù) 改錯 熱工過程與設(shè)備第一章 射流半徑Rx 熱工過程與設(shè)備第一章 軸心速度wc 動量守恒 熱工過程與設(shè)備第一章 體積流量Vx 平均流速 質(zhì)量平均流速 熱工過程與設(shè)備第一章 2 開始段 核心區(qū)長度L 開始段的長度 熱工過程與設(shè)備第一章 噴嘴出口斷面至極點距離 核心收縮角 熱工過程與設(shè)備第一章 核心區(qū)流量 體積流量 邊界層內(nèi)流量 總體積流量 熱工過程與設(shè)備第一章 截面平均速度 熱工過程與設(shè)備第一章 3 矩形射流及平面射流 1 矩形射流 氣體從矩形截面出口噴出的射流 折算為截面相等的圓截面 平面射流 熱工過程與設(shè)備第一章 2 平面射流 氣體從狹長縫隙中噴出的射流 熱工過程與設(shè)備第一章 4 溫差射流及濃差射流 射流的周圍氣體的溫度和密度與噴射氣體不同 使自由射流的溫度和濃度發(fā)生變化 噴射氣體與周圍氣體混合 發(fā)生熱量 質(zhì)量交換 熱量擴散較動量擴散快 溫度邊界層比速度邊界層發(fā)展快 簡化 溫度 濃度邊界層與速度邊界層一致 熱工過程與設(shè)備第一章 1 軸心溫差和軸心濃差 射流與周圍溫差較小時 下標(biāo)c 軸心下標(biāo)o 出口處 射流與周圍溫差較大時 熱工過程與設(shè)備第