熱工基礎(chǔ)1.4.3

1、1.4.3局部能量損失局部能量損失 l 當(dāng)流體經(jīng)管道上的管件、閥門(mén)及出入口等處流過(guò)時(shí) 由于流體流向和速度大小的改變，以及產(chǎn)生旋渦等原因， 產(chǎn)生比同樣長(zhǎng)度的直管大得多的阻力，這種由于在局部地 方流動(dòng)受到障礙和干擾而產(chǎn)生的附加阻力叫局部阻力。必 須注意到，干擾的因素雖然只是產(chǎn)生于局部地方，但其影 響在下游較長(zhǎng)一段距離內(nèi)卻沒(méi)有消失。 為了與沿程阻力的表示方法相一致，局部壓頭損失可表 示為： 2 2 M w h g 米流體柱 式中 hM-因局部阻力而產(chǎn)生的壓頭損失，米流體柱； -局部阻力系數(shù)，對(duì)于大多數(shù)管件和閥件，其值 要通過(guò)試驗(yàn)確定。 l 局部阻力系數(shù) 值在層流流態(tài)下隨Re值而變化。 l 當(dāng)Re50

2、00Pa） (p5000） （1500 Pa p5000 Pa） (p5000Pa) 57 35 13 壓縮空氣（p4atm） 815 高壓凈煤氣（不預(yù)熱） （預(yù)熱） 812 68 低壓凈煤氣（不預(yù)熱） （預(yù)熱） 58 35 發(fā)生爐煤氣 13 天然煤氣 2025 氧氣（p100tm） （100tmp18 乙炔 48 二氧化碳 812 泥漿管 0.51.5 收塵管 1820 1.4.5.2 簡(jiǎn)單管路簡(jiǎn)單管路 o 簡(jiǎn)單管路是指具有相同管徑、相同流量的管路，它是組 成各種復(fù)雜管路的基本單元。在管路上，流動(dòng)阻力即包 括沿程阻力也包括局部阻力，因此其阻力公式為： o 若為不可壓縮流體的穩(wěn)定流動(dòng)，則通過(guò)管

3、道任意截面的 體積流量相等，體積流量方程是： 2 () 2 p lv h d QvA 1.4.5.3 串聯(lián)管路和并聯(lián)管路串聯(lián)管路和并聯(lián)管路 o （1）串聯(lián)管路 串聯(lián)管路是由幾個(gè)相互串聯(lián)在一起的管段所組成， 也就是由幾個(gè)簡(jiǎn)單的管路串聯(lián)而成的。 u 對(duì)于串聯(lián)管路：總能量損失等于各簡(jiǎn)單管路能量對(duì)于串聯(lián)管路：總能量損失等于各簡(jiǎn)單管路能量 損失之和；各簡(jiǎn)單管路內(nèi)質(zhì)量流量不變。損失之和；各簡(jiǎn)單管路內(nèi)質(zhì)量流量不變。 12 1 222 11 1222 1122 12 ()()() 222 nrs ppipppnlk ijk nnn nn eeen hhhhhhh lvlvlv ddd 即 121122mmmm

4、nvvnvn QQQQQQQ 12 121122 n vvvvnnn QQQQv Av Av A 若 C，則 串聯(lián)管路的計(jì)算與前面所講的簡(jiǎn)單管路計(jì)算方法相同。串聯(lián)管路的計(jì)算與前面所講的簡(jiǎn)單管路計(jì)算方法相同。 2）并聯(lián)管路）并聯(lián)管路 若幾條簡(jiǎn)單管路（或串聯(lián)管路）的入口端與出口端各 自連接在一起，就組成了一個(gè)并聯(lián)管路。 在熱工設(shè)備中，并聯(lián)管路是很多的，如多管式換熱器， 它們的每一組是由共同的入口、出口相連起來(lái)的管簇，從 而構(gòu)成了并聯(lián)管路。 u 并聯(lián)管路的質(zhì)量平衡關(guān)系為：并聯(lián)管路的質(zhì)量平衡關(guān)系為：Q=Q1+Q2+Qn u 并聯(lián)管路各支管道中流體的阻力損失相等：并聯(lián)管路各支管道中流體的阻力損失相等：

5、hp=hp1=hp2=hpn 欲使窯爐維持正常操作，一方面要提供足夠的 燃料以及供燃料燃燒所需的空氣，另一方面，還應(yīng)及 時(shí)的將燃燒產(chǎn)物排除窯外。為引導(dǎo)窯內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)，常 用的裝置有煙囪、噴射器、和風(fēng)機(jī)等。下面主要介紹 煙囪。 對(duì)于自然通風(fēng)的窯爐，煙囪的作用是引導(dǎo)窯內(nèi) 氣體運(yùn)動(dòng)并將廢氣排出，如圖所示。 o 煙囪底部的靜壓頭值可通過(guò)對(duì)窯爐系統(tǒng)列柏努利方 程式求得。而在窯爐的不同部位，溫度是變化的，應(yīng)當(dāng) 分段列柏努利方程。在每一段都取平均溫度進(jìn)行計(jì)算， 并以某一段的上部截面為基準(zhǔn)面，同時(shí)由于窯內(nèi)氣體流 速不大，忽略了動(dòng)壓頭隨溫度的變化。 1.4.6.1煙囪底部所需負(fù)壓的計(jì)算煙囪底部所需負(fù)壓的計(jì)算 21

6、11221 2 3222332 3 3433443 4 44445554 5 10, 0, , 0, gsgkskp gsgkskp ggskskp gsgksgkp hhhhhhh hhhhhhh hhhhhhh hhhhhhhh 、2截面， 2、3截面， 3、4截面， 4、5截面， 由公式（由公式（0）可以看出，由窯前至煙囪底部靜壓頭的減少是用來(lái)克服）可以看出，由窯前至煙囪底部靜壓頭的減少是用來(lái)克服 動(dòng)壓頭增量、壓頭損失以及當(dāng)氣體由上向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，克服熱氣體的幾何動(dòng)壓頭增量、壓頭損失以及當(dāng)氣體由上向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，克服熱氣體的幾何 壓頭所消耗的能量（此時(shí)把幾何壓頭也看作一種阻力）。壓頭所消耗的能量

7、（此時(shí)把幾何壓頭也看作一種阻力）。 如果忽略動(dòng)壓頭的變化，則靜壓頭的減少是是用來(lái)克服窯爐系統(tǒng)的總阻如果忽略動(dòng)壓頭的變化，則靜壓頭的減少是是用來(lái)克服窯爐系統(tǒng)的總阻 力，其中包括（氣體向上運(yùn)動(dòng)、幾何壓頭起推動(dòng)力作用、與阻力符號(hào)相力，其中包括（氣體向上運(yùn)動(dòng)、幾何壓頭起推動(dòng)力作用、與阻力符號(hào)相 反；氣體由上向下運(yùn)動(dòng)，幾何壓頭起阻力作用，與阻力符號(hào)相同）。反；氣體由上向下運(yùn)動(dòng)，幾何壓頭起阻力作用，與阻力符號(hào)相同）。 當(dāng)從窯爐系統(tǒng)的零壓面進(jìn)行計(jì)算時(shí)，當(dāng)從窯爐系統(tǒng)的零壓面進(jìn)行計(jì)算時(shí)，hs1 =0，則公式（，則公式（0）可寫(xiě)成：）可寫(xiě)成： 1551512 1 22 33 44 5 ()() sskkgggp

8、ppppp hhhhhhhh hhhhh 將上述四式相加，并經(jīng)整理得： 式中： 551512 ()() skkgggp hhhhhhhs (0) (1) 即當(dāng)窯前為大氣壓，煙囪底部為負(fù)壓，在此壓強(qiáng)差的推 動(dòng)下，氣體得以克服窯爐系統(tǒng)阻力，并以一定速度在窯內(nèi)運(yùn) 動(dòng)。而這個(gè)負(fù)壓值是靠煙囪的高度和內(nèi)外氣體 密度差來(lái)提供 的。這個(gè)可以由列55、66截面的柏努利方程而得知 hs5+hg5+hk5= hs6+hg6+hk6+hp5-6 將基準(zhǔn)截面取在66面上，hg60，hs60，則上式可寫(xiě)成 hs5+hg5+hk5= hk6+hp5-6 s=hs5hg5（hk6 hk5）hp5-6 （2） 由上式可以看出，

9、煙囪底部的幾何壓頭hg5除克服沿?zé)焽?高度的動(dòng)壓頭增量和阻力損失外，其余的轉(zhuǎn)變?yōu)闊焽璧撞康?負(fù)壓，以引導(dǎo)窯內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)，這就是煙囪工作的基本原理。 1.4.6.2 煙囪計(jì)算煙囪計(jì)算 從熱工角度而言，煙囪計(jì)算主要是確定煙囪直徑與高度。從熱工角度而言，煙囪計(jì)算主要是確定煙囪直徑與高度。 煙囪直徑計(jì)算：煙囪出口直徑是根據(jù)廢氣排出量和規(guī)定的出煙囪直徑計(jì)算：煙囪出口直徑是根據(jù)廢氣排出量和規(guī)定的出 口速度求得口速度求得 式中：式中：Qv0煙氣標(biāo)態(tài)流量，煙氣標(biāo)態(tài)流量，m03/s； v0選定的煙氣出口標(biāo)態(tài)流速，選定的煙氣出口標(biāo)態(tài)流速，m0/s. 0 0 4 v Q d v 對(duì)于自然通風(fēng)的煙囪，適宜的出口速度可取

10、對(duì)于自然通風(fēng)的煙囪，適宜的出口速度可取24 m0/s，機(jī)械通風(fēng)時(shí)可取，機(jī)械通風(fēng)時(shí)可取 815 m0/s。出口速度小，煙囪出口直徑大，容易造。出口速度小，煙囪出口直徑大，容易造 成倒風(fēng)現(xiàn)象。速度太成倒風(fēng)現(xiàn)象。速度太 大，出口直徑小，增加氣體流動(dòng)過(guò)程的阻力損失，并造大，出口直徑小，增加氣體流動(dòng)過(guò)程的阻力損失，并造 成施工困難。成施工困難。 金屬煙囪底部直徑和出口直徑一樣。磚結(jié)構(gòu)和鋼筋金屬煙囪底部直徑和出口直徑一樣。磚結(jié)構(gòu)和鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)煙囪，為考慮其穩(wěn)定性，底部直徑適當(dāng)加大?；炷两Y(jié)構(gòu)煙囪，為考慮其穩(wěn)定性，底部直徑適當(dāng)加大。 一般底部直徑為頂部直徑的一般底部直徑為頂部直徑的1.31.5倍。倍。

11、煙囪高度計(jì)算：根據(jù)公式（煙囪高度計(jì)算：根據(jù)公式（2），煙囪高度可按下式計(jì)算：），煙囪高度可按下式計(jì)算： 式中：式中：s煙囪底部負(fù)壓，即為煙囪底部負(fù)壓，即為hs，習(xí)慣上稱為抽力?？砂垂剑ǎ?xí)慣上稱為抽力?？砂垂剑?） 計(jì)算，為保證煙囪工作的可靠性，還應(yīng)考慮計(jì)算，為保證煙囪工作的可靠性，還應(yīng)考慮1.21.3的儲(chǔ)備系數(shù)的儲(chǔ)備系數(shù) H煙囪高度，煙囪高度，m； 空氣密度，空氣密度，kg/m3； 按煙囪高度的平均溫度計(jì)算的煙氣密度，按煙囪高度的平均溫度計(jì)算的煙氣密度，kg/m3； v2、v1分別表示煙囪頂部和底部的氣流速度，分別表示煙囪頂部和底部的氣流速度，m/s； 煙氣流動(dòng)的摩擦阻力系數(shù)，對(duì)于磚砌煙

12、囪取煙氣流動(dòng)的摩擦阻力系數(shù)，對(duì)于磚砌煙囪取0.050.06； vm按煙囪高度的平均溫度，平均直徑計(jì)算的煙氣平均流速，按煙囪高度的平均溫度，平均直徑計(jì)算的煙氣平均流速， m/s； dm煙囪的平均直徑，煙囪的平均直徑，m 。 2 22 21 ()() 22 m sa m vH shHgvv d a 22 21 2 () 2 () 2 m a m svv H v g d 22 21 0 2 () 2 () 2 ma a m svv p H vp g d 煙囪高度煙囪高度 考慮大氣壓影響考慮大氣壓影響 n 實(shí)際計(jì)算時(shí)多采用估算方法：實(shí)際計(jì)算時(shí)多采用估算方法： H =(2530)d確定煙氣溫度降，計(jì)算平均溫確定煙氣溫度降，計(jì)算平均溫 度和密度，將算出的高度度和密度，將算出的高度H與假設(shè)高度比較，誤與假設(shè)高度比較，誤