煙囪的流體力學(xué)解釋課件

1、 煙囪 材料工程1301班 第四小組工業(yè)煙囪：家用煙囪認(rèn)識煙囪：v煙囪是最古老、最重要的防污染裝置之一。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(shí)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了這的發(fā)明極早。當(dāng)原始人發(fā)現(xiàn)火時(shí)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)道理：哪里有火，哪里必有煙。最早的煙樣一個(gè)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)把囪即是室內(nèi)的通氣孔。當(dāng)把“火火”帶進(jìn)室內(nèi)做飯帶進(jìn)室內(nèi)做飯和取暖時(shí)煙也隨之而入。這就迫使人們不得不設(shè)和取暖時(shí)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)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

2、實(shí)踐活動的煙霧。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(shí)間來已保留了幾十萬年。人類也曾花了很長的時(shí)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(shí)，也大大地改進(jìn)了煙囪。系統(tǒng)時(shí)，也大大地改進(jìn)了煙囪。v目前，中國最高的單筒式鋼筋混凝土煙囪為目前，中國最高的單筒式鋼筋混凝土煙囪為210210米米。最高的多筒式鋼筋混凝土煙囪是秦嶺電廠。最高的多筒式鋼筋混凝土煙囪是秦嶺電廠 212 212米高的四筒式煙囪。米高的四筒式煙囪。v世界上已建成的高度超過世界上已建成的高度超過 300 300米的煙囪達(dá)數(shù)十座米的煙囪達(dá)數(shù)十座，例如米切

3、爾電站的單筒式鋼筋混凝土煙囪高達(dá)，例如米切爾電站的單筒式鋼筋混凝土煙囪高達(dá)368368米。米。煙囪的原理：v 由于熱氣體受到外由于熱氣體受到外界空氣浮力而向上流動界空氣浮力而向上流動產(chǎn)生一定的幾何壓頭，產(chǎn)生一定的幾何壓頭，在煙囪底部產(chǎn)生負(fù)壓（在煙囪底部產(chǎn)生負(fù)壓（抽力）。如抽力能克服抽力）。如抽力能克服窯爐系統(tǒng)的總阻力，就窯爐系統(tǒng)的總阻力，就能使煙氣從窯內(nèi)不斷地能使煙氣從窯內(nèi)不斷地流至煙囪底部，通過煙流至煙囪底部，通過煙囪而排入大氣。囪而排入大氣。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，猜想與煙囪高度有

4、關(guān)。煙囪結(jié)構(gòu)示意圖如圖圖1 1所示。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(shí)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，v廢氣從底部流向頂部的伯努利方程為：v v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：v v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

5、氣密度。 由（2）式減去（1）式得：2222112122PgZVPgZV空空2211gPgZPZv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(shí)近似看做相等，因此可得出一個(gè)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。 22221121122VVZZgPPPP空v 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

6、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(gè)壓差。顯然，煙筒越長，這個(gè)壓差越大。 影響煙囪抽力的因素v煙囪效應(yīng)是室內(nèi)外溫差煙囪效應(yīng)是室內(nèi)外溫差形成的熱壓及室外形成的熱壓及室外 風(fēng)風(fēng)壓共同作用的結(jié)果，通壓共同作用的結(jié)果，通常以前者為主，而熱壓常以前者為主，而熱壓值與室內(nèi)外溫差產(chǎn)生的值與室內(nèi)外溫差產(chǎn)生的空氣密度差及進(jìn)排風(fēng)口空氣密度差及進(jìn)排風(fēng)口的高度差成正比。這說的高度差成正比。這說明，室內(nèi)溫度越是高于明，室內(nèi)溫度越是高于室外溫度，建筑物越高室外溫度，建筑

7、物越高，煙囪效應(yīng)也越明顯，煙囪效應(yīng)也越明顯，煙囪什么情況下起作用，什么情況下不起作用？ 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(shí)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。 救命救命啊啊 ，大中大中午我午我不出不出煙啦煙啦！ 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(gè)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(gè)區(qū)域流動。 鍋爐煙囪：煙囪內(nèi)腔的溫度高于周圍溫度。

8、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。 （1）煙囪的高度：H，hc，煙囪排煙能力強(qiáng)。 v（2）煙氣平均溫度：tav，av，hc v（3）空氣平均溫度：ta，a，hc v（4）空氣的濕度：（普賽），a，hc v故：高度一定時(shí)，hc冬天hc夏天vhc：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：煙囪高度設(shè)計(jì)請?jiān)诖溯斎肽母睒?biāo)題演講者 2014.1.16電廠煙囪高度v 煙囪的主要尺寸和工藝參數(shù)，如煙囪高煙囪的主要尺寸和工藝參數(shù)，如煙囪高度，

9、出口內(nèi)徑，出口煙氣流速等不僅要滿足度，出口內(nèi)徑，出口煙氣流速等不僅要滿足生產(chǎn)的要求，更主要的是生產(chǎn)的要求，更主要的是滿足減輕所排污染滿足減輕所排污染物對地區(qū)污染的需要。物對地區(qū)污染的需要。 v 事實(shí)證明，煙囪愈高，煙氣上升能力俞事實(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(jià)就會隨高度度之后在增加其高度，煙囪造價(jià)就會隨高度增加而急劇增大增加而急劇增大。煙囪高度的因素v1.風(fēng)向風(fēng)速的影響v2.當(dāng)?shù)販囟鹊挠绊憊3.地形的影響v4.煙囪周圍環(huán)境條件的限制因素v5.綜合論述煙囪高度的合理性 在一定氣象條件下，污染物