煙囪的流體力學(xué)解釋PPT課件.ppt

煙囪 材料工程1301班第四小組 2019 10 20 工業(yè)煙囪 2 2020 1 8 3 2020 1 8 家用煙囪 4 2020 1 8 認(rèn)識煙囪 煙囪是最古老 最重要的防污染裝置之一 煙囪的發(fā)明極早 當(dāng)原始人發(fā)現(xiàn)火時 同時發(fā)現(xiàn)了這樣一個道理 哪里有火 哪里必有煙 最早的煙囪即是室內(nèi)的通氣孔 當(dāng)把 火 帶進(jìn)室內(nèi)做飯和取暖時煙也隨之而入 這就迫使人們不得不設(shè)法在屋頂和墻壁上開些通氣孔 以此來驅(qū)除屋內(nèi)的煙霧 這種方法作為一種規(guī)范的人類實(shí)踐活動已保留了幾十萬年 人類也曾花了很長的時間來改進(jìn)大煙囪 羅馬人在發(fā)展設(shè)計(jì)新穎的熱氣取暖系統(tǒng)時 也大大地改進(jìn)了煙囪 目前 中國最高的單筒式鋼筋混凝土煙囪為210米 最高的多筒式鋼筋混凝土煙囪是秦嶺電廠212米高的四筒式煙囪 世界上已建成的高度超過300米的煙囪達(dá)數(shù)十座 例如米切爾電站的單筒式鋼筋混凝土煙囪高達(dá)368米 5 2020 1 8 煙囪的原理 由于熱氣體受到外界空氣浮力而向上流動產(chǎn)生一定的幾何壓頭 在煙囪底部產(chǎn)生負(fù)壓 抽力 如抽力能克服窯爐系統(tǒng)的總阻力 就能使煙氣從窯內(nèi)不斷地流至煙囪底部 通過煙囪而排入大氣 6 2020 1 8 煙囪的流體力學(xué)解釋 煙囪根部的吸力靠煙囪內(nèi)熱廢氣的浮力產(chǎn)生 猜想與煙囪高度有關(guān) 煙囪結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示 此問題可以用流體力學(xué)中的伯努利方程近似地去解決 首先空氣和廢氣可看做是理想流體 不可壓縮流體 質(zhì)量力為重力 流動參數(shù)不隨時間變化為定常流動并且是沿流線的一維流動 所以符合伯努利方程的應(yīng)用條件 首先取煙囪底部1 1截面和煙囪頂部2 2截面作為研究對象分析 7 2019 10 20 廢氣從底部流向頂部的伯努利方程為 其中 V1和V2為煙氣速度 z1和z2為兩截面高度 p1和p2為兩截面處煙氣的壓強(qiáng) 為煙氣密度 接著研究煙囪外空氣 煙囪外空氣可看做靜止 V 0 列出伯努利方程 其中 p1 和p2 是兩處空氣壓強(qiáng) 空為空氣密度 且由于煙氣溫度高 體積膨脹 空氣密度大于煙氣密度 由 2 式減去 1 式得 8 2020 1 8 方程左側(cè)為兩截面處的壓強(qiáng)差的差值即煙囪的吸力 右側(cè)空氣密度減去煙氣密度大于零 V1和V2可在不考慮煙囪及煙道尺寸變化時近似看做相等 因此可得出一個結(jié)論 煙囪的吸力大小近似正比于高度差 提高煙囪高度可有效提高煙囪拔火力 9 2020 1 8 煙筒把煙筒內(nèi)和煙筒外的氣體隔離了 煙筒外面的氣體自然是空氣了 溫度是室溫 煙筒里面的氣體是經(jīng)過爐子加熱的空氣 溫度要高得多 溫度越高 密度越小 根據(jù)流體密度與壓力公式 里面的氣體柱重量形成的壓力要小于外面空氣重量形成的壓力 也就是說 煙筒內(nèi)外存在壓差 這樣 外面的空氣在壓差作用下 要進(jìn)入煙筒 由于熱空氣密度小 要上浮 所以外面的空氣只能從煙筒下邊進(jìn)入 這樣 就把空氣從底下吸入了爐子 所謂煙筒的抽力 就是指這個壓差 顯然 煙筒越長 這個壓差越大 10 2020 1 8 影響煙囪抽力的因素 煙囪效應(yīng)是室內(nèi)外溫差形成的熱壓及室外風(fēng)壓共同作用的結(jié)果 通常以前者為主 而熱壓值與室內(nèi)外溫差產(chǎn)生的空氣密度差及進(jìn)排風(fēng)口的高度差成正比 這說明 室內(nèi)溫度越是高于室外溫度 建筑物越高 煙囪效應(yīng)也越明顯 11 2020 1 8 煙囪什么情況下起作用 什么情況下不起作用 12 2019 10 20 原因 熱空氣輕 會向上流動 冷空氣重 會向下流動 早晚氣溫低 相對來說煙的溫度高 則煙囪底部容易形成負(fù)壓 容易出煙 中午太陽長時間照射 外部氣溫高 相對來說煙的溫度低 較重 所以不容易出煙 救命啊 大中午我不出煙啦 煙囪倒煙 一般是由于風(fēng)進(jìn)入煙囪形成風(fēng)壓導(dǎo)致室內(nèi)氣壓小于煙囪內(nèi)部氣壓所造成的 這猶如快速奔馳的汽車后邊老是卷著塵土的道理一樣 汽車快速開過以后 在汽車的后部形成一個空氣壓力小于周圍壓力的區(qū)域 使汽車行駛帶起的塵土都往這個區(qū)域流動 13 2020 1 8 鍋爐煙囪 煙囪內(nèi)腔的溫度高于周圍溫度 煙囪內(nèi)腔的高溫氣體密度小 周圍環(huán)境的低溫空氣密度大 形成壓力差 產(chǎn)生抽力 所以煙囪能吸煙 如果鍋爐長期未用 煙囪內(nèi)外溫度相同 沒有了壓力差 加上煙囪潮濕 就不能吸煙而出現(xiàn)爐口冒煙了 14 2020 1 8 1 煙囪的高度 H hc 煙囪排煙能力強(qiáng) 2 煙氣平均溫度 tav av hc 3 空氣平均溫度 ta a hc 4 空氣的濕度 普賽 a hc 故 高度一定時 hc冬天 hc夏天hc 煙囪底部負(fù)壓的絕對值稱之為抽力 用hc表示 影響煙囪抽力的因素 15 2020 1 8 煙囪高度設(shè)計(jì) 請?jiān)诖溯斎肽母睒?biāo)題 演講者2014 1 16 16 2019 10 20 電廠煙囪高度 煙囪的主要尺寸和工藝參數(shù) 如煙囪高度 出口內(nèi)徑 出口煙氣流速等不僅要滿足生產(chǎn)的要求 更主要的是滿足減輕所排污染物對地區(qū)污染的需要 事實(shí)證明 煙囪愈高 煙氣上升能力俞強(qiáng) 燃料燃燒也愈好 但當(dāng)高度超過一定高度之后在增加其高度 煙囪造價就會隨高度增加而急劇增大 17 2020 1 8 煙囪高度的因素 1 風(fēng)向風(fēng)速的影響2 當(dāng)?shù)販囟鹊挠绊? 地形的影響4 煙囪周圍環(huán)境條件的限制因素5 綜合論述煙囪高度的合理性 18 20