冶金熱工基礎第章 氣體力學計算

關于冶金熱工基礎第章氣體力學計算冶金爐內氣體流動的顯著特征：第一：爐內氣體為熱氣體（即爐內氣體的溫度高于周圍大氣的溫度）；第二：爐內熱氣體總是與大氣相通的，而且爐內熱氣體的密度小于周圍大氣的密度，所以爐內氣體的流動狀況受大氣的影響。5氣體力學計算

第五章氣體力學計算第2頁,共23頁，2024年2月25日，星期天一、熱氣體的壓頭

單位體積流體的能為：位能：ρgz靜壓能：P動能：

對于爐內熱氣體在流動過程中，雖然同樣具有這三種能量，但由于周圍大氣對其流動的影響，這三種能量只能用相對值來表示，即

單位（體積）熱氣體所具有的位能與外界同一平面上單位（體積）大氣所具有的位能之差稱為位壓頭。同理也有動壓頭和靜壓頭之稱呼。但是在通常情況下，大氣的流速比流體的流速小得多，所以熱氣體的動壓頭也就是熱氣體本身所具有的動能。

第五章氣體力學計算§5.1熱氣體相對于大氣的特殊規(guī)律

第3頁,共23頁，2024年2月25日，星期天1．熱氣體的位壓頭——幾何壓頭

設流體的密度為

，體積V，大氣的密度為

，則流體在大氣中所受到的浮力為:。第五章氣體力學計算（1）阿基米德浮力原理（2）有效重力流體本身的重力為

有效重力為

單位體積流體的有效重力為第4頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算

當時有效重力為正，方向豎直向下，流體在大氣中下沉；反之則流體在大氣中上浮，由于熱氣體溫度高于大氣溫度，所以，故熱氣體有效重力為負，方向向上，熱氣體在大氣中有自動上浮的趨勢。

第5頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算（3）熱氣體的位壓頭及其分布規(guī)律

如下圖5-1-2所示:

第6頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算取0—0`為基準面，則熱氣體的位壓頭為

:當基準面取在上方，高度向下量度時為正，故:（此時H為正值）

分布規(guī)律：線性，上小下大。注意：由于熱氣體有自動上升趨勢，所以熱氣體由下向上流動時，位壓頭是流動的動力。反之，熱氣體自上向下流動時，位壓頭應作阻力來對待。

第7頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算2.熱氣體靜壓頭及其分布規(guī)律

(1)定義：熱氣體的靜壓頭與同一水平面大氣靜壓頭壓力之差，即相對壓力，常稱做表壓力，用hs表示。

(2)分布規(guī)律

A.靜止液體表壓力分布規(guī)律：上小下大

B.熱氣體表壓力分布規(guī)律：上大下小注意：當在某一平面上，熱氣體的表壓力為零時，稱此面為零壓面。在零壓面以上，熱氣體表壓力為正，若有縫隙，則熱氣體將外逸。反之，在零壓面以下，熱氣體表壓力為負，冷空氣將會被吸入。冶金爐的操作過程中常將零壓面控制在爐底上，使爐膛呈正壓區(qū)，而煙道則為負壓區(qū)。第8頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算3.熱氣體的動壓頭由定義知，熱氣體的動壓頭

二、熱氣體平衡方程式:三、熱氣體管流伯努利方程式（雙流伯努利方程式）

1.表達式：實際流體管流伯努利方程式為:第9頁,共23頁，2024年2月25日，星期天熱氣體管流伯努利方程式為:即

四、熱氣體管流時的阻力損失計算

表達式

計算特點說明：

1.摩擦阻力損失hf計算第五章氣體力學計算第10頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算

的選擇按圓管內流磨阻力計算式計算，工程上一般按經驗式。L為計算段長度，D為當量直徑，Wo取經濟流速，t取時間段的平均值。2.局部阻力損失的計算hr局部阻力系數仍按附表6查出，wo仍取經濟流速，溫度則取對應與w的溫度。3.熱氣體自上而下流動時，位壓頭作為阻力損失考慮，反之，熱氣體自下而上流動時，位壓頭應從阻力損失中減去。4.兩截面上的壓頭損失等于兩截面上表壓力之差第11頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算§

5.2

排煙系統及煙囪排煙系統及煙囪的重要性一、煙囪(實物如下圖）

第12頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算1.煙囪的工作原理

煙囪能將煙氣從爐尾經煙道煙囪排入大氣，是因煙囪底部具有抽力，亦稱吸力。煙囪產生抽力的原因是熱氣體相對于大氣的特殊規(guī)律造成的。如圖5-2-1，在煙囪內等溫情況下:第13頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算差值△

,所以氣體能自動地由爐膛入口并排入大氣，稱自動通風。實際上△P即為煙囪底部截面對煙囪頂部截面所產生的位壓頭，所以，煙囪底部的位壓頭是煙囪排煙的動力。如圖5-2-2，以3-3為基準面，在氣體靜止狀態(tài)下列出2-2與3-3截面的伯氏方程得公式:第14頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

由此式可得出，煙囪底部表壓力為負值（稱為抽力或吸力）該抽力稱理論抽力。它是由位壓頭產生的，而且與煙囪的高度H、大氣的溫度ta，煙囪溫度tg等因素有關。若煙氣在煙囪內流動，則其實際抽力為:2.煙囪計算

在冶金爐中不論是設計新煙囪，還是對建成的煙囪進行校核，其原理是相同的，現以新設計煙囪為例說明其計算方法。由煙囪的工作原理可知:第五章氣體力學計算第15頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算

但此式不能直接用來計算煙囪的高度H，因為式中很多參數均與H有關。所以只能用試算法，其步驟如下：(1)煙囪實際抽力hv的計算

(2)煙囪內動壓頭增量的計算第16頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算(3)煙囪內阻損失hl的計算

(4)空氣及煙氣密度計算

第17頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算3.煙囪設計計算中的注意事項

(1)當幾個爐子共用一個煙囪時，在計算hv時，應選用比較大的那爐子的數值。

(2)計算煙囪出口及底部直徑所用的煙氣流量vo，應用兩個爐子煙氣流量之和。

(3)考慮到環(huán)境保護問題，煙囪的高大至少應高出周圍建筑物3米。

(4)布置煙道時，應盡量減少阻力損失。

5.3

供氣系統極其有關計算一、供氣管道

1.管道布置基本原則

(1)供氣管道一般架空敷設，管道底部距地面的距離不得小于2米。

(2)管道系統中裝有換熱器時，應設旁道管道，金屬換熱器后的熱風總管上一般要求安裝放風閥。煤氣管道上應安裝放散管及放散閥。煤氣總管上除安裝調節(jié)閥外，還應安裝低壓快速切斷閥。

(3)按有關規(guī)程進行氣密性試驗（試壓）。

(4)管道布置應盡量減少阻力損失。第18頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算2.管道計算

(1)管徑計算

(2)管道的阻力損失計算二、常用風機簡介

按產生壓力的大小，風機分為:

通風機

壓力在0.1atm以下鼓風機

壓力在0.1~3atm以內壓縮機

壓力超過3atm

高壓壓縮機

壓力超過100atm1.離心式通風機

(1)類型低壓通風機

壓力小于981Pa(100mmH2O)

中壓通風機

壓力為981~2943Pa(100~300mmH2O)高壓通風機

壓力大于2943Pa(300mmH2O)

第19頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算(2)結構

2.離心式鼓風機離心式鼓風機的工作原理與離心式通風機相似，只是空氣的壓縮過程通常是經過幾個工作葉輪（或稱幾級）在離心力的作用下進行的。

3.回轉式風機三、離心式通風機特性及選擇計算

1.通風機在管道上工作時的總壓頭單位體積氣體通過風機時所獲得的機械能，稱為通風機產生的總壓頭。其作用是

:

a)將氣體的壓力從吸合空間的po提高到用氣空間的pd，即提高到了pd-po

b)克服氣體沿吸氣，排氣管道所產生的壓頭損失

c)使氣體由氣體由吸氣空間的靜止狀態(tài)達到排風機口處時所具有的動能

第20頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算2.通風機的風量、功率及效率

3.風機的特性曲線4.管網特性5.風機的工作點及工況調節(jié)

第21頁,共23頁，2024年2月25日，星期天第五章氣體力學計算6.風機的選擇及計算(1)風機的選擇注意事項

1)銘牌上標出的全風壓、風量、功率是指在最高效率下的h、v及N值。

2)風機性能表說明書、銘牌上所標出的風機性能。都是指風機在實驗標準狀