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文檔簡介
1、目 錄1 轉(zhuǎn)爐物料平衡與熱平衡計算11.1 原始數(shù)據(jù)的選取11.2 物料平衡計算31.3 熱平衡的計算91.4 噸鋼物料平衡132 轉(zhuǎn)爐爐型設(shè)計142.1 爐型的選擇142.2 幾個重要參數(shù)142.3 轉(zhuǎn)爐主要尺寸的確定143 氧槍噴頭設(shè)計183.1 原始條件183.2 計算氧氣流量183.3 計算設(shè)計工況氧壓和喉口直徑193.4 確定噴孔出口直徑193.5 確定噴孔其它幾何尺寸193.6 確定噴頭五噴口中心分布圓直徑193.7 槍身各層鋼管計算203.8 噴頭簡圖21參考文獻22結(jié) 束 語231 轉(zhuǎn)爐物料平衡與熱平衡計算物料平衡是計算轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中加入爐內(nèi)和參與煉鋼的全部物料(如鐵水、廢鋼、
2、氧氣、冷卻劑、渣料、被侵蝕的爐襯等)和煉鋼過程中的產(chǎn)物(如廢鋼、爐渣、煙塵等)之間的平衡關(guān)系。熱平衡是計算轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的熱量收入(如鐵水的物理熱、化學(xué)熱)和熱量支出計算(如鋼水、爐渣、爐氣的物理熱、冷卻劑融化和分解熱)之間的平衡關(guān)系。1.1 原始數(shù)據(jù)的選取1.1.1 原材成分(表1-11-4)表1-1 鐵水、廢鋼的成分(%)原料CSiMnPS溫度/鐵水4.200.500.340.130.0251255廢鋼0.180.200.520.0220.02525表 1-2 渣料和爐襯材料成分(%)種類CaOSiO2MgOAl2O3SPCaF2FeOFe2O3燒堿H2OC石灰91.02.02.01.50.
3、053.45礦石1.05.610.521.100.0729.461.80.05螢石6.00.581.780.090.5589.02.00白云石55.03.033.03.01.05.0爐襯54.02.038.01.05.0表 1-3 各材料的熱容項目固態(tài)平均熱容/kJkg-1k-1溶化潛熱/kJkg-1液(氣)態(tài)平均熱容/kJkg-1k-1生鐵0.745217.5680.8368鋼0.699271.960.8368爐渣209.201.247爐氣1.136煙塵1.000209.20礦石1.046209.20表 1-4 反應(yīng)的熱效應(yīng)(25)元素反應(yīng)反應(yīng)熱/ kJ.kg-1CC+1/2CO10950C
4、C+O2CO234520SiSi+O2SiO228314P2P+5/2O2 P2O518923MnMn+1/2O2MnO7020FeFe+1/2O2MnO5020FeFe+3/2O2Fe2O36670SiO2Si O2+2CaO2CaOSiO22070P2O5P2O5+4CaO4CaOP2O550201.1.2 假設(shè)條件根據(jù)各類轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)實踐過程假設(shè):(1)渣中鐵珠量為渣量的8%;(2)噴濺損失為鐵水量的1%;(3)熔池中碳的氧氣化生成90%CO,10%CO2;(4)煙塵量為鐵水量的1.6%,其中FeO為77%,F(xiàn)e2O3為20%;(5)爐襯的侵蝕量為鐵水量的0.5%;(6)爐氣溫度取1450,
5、爐氣中自由氧含量為總爐氣量的0.5%;(7)氧氣成分:98.5%O2,1.5%N2。1.1.3 冶煉鋼種及規(guī)格成分要求冶煉低碳鋼;以Q235鋼為例,其規(guī)格成分為(%):C 0.15, Si 0.12, Mn 0.10, P 0.02, S 0.021.2 物料平衡計算根據(jù)鐵水、渣料質(zhì)量以及冶煉鋼種要求,采用單渣法操作。為了簡化計算,以100kg鐵水為計算基礎(chǔ)。1.2.1 渣量及成分計算(1)鐵水中元素氧化量(表1-6)表 1-5 鐵水中元素氧化值 元素/%項目CSiMnPS鐵水4.20.50.340.130.025鋼水0.1600.1020.0200.016氧化量4.0400.5000.238
6、0.1110.009說明:本說明書取脫磷率85%,脫硫率35%;鋼水中殘余錳量取30%。(2)各元素耗氧量及氧化產(chǎn)物量(表1-6)表 1-6 鐵水中元素氧化量、氧化產(chǎn)物量元素反應(yīng)元素氧化量/kg耗氧量/kg氧化產(chǎn)物量/kgCC+1/2O2CO4.0490%3.6363.64516/124.8483.64528/128.484CC+ O2CO24.0410%0.4040.40532/121.0780.40544/121.481SiSi+ O2SiO20.50.532/280.5710.57160/281.071MnMn+1/2 O2MnO0.2380.23816/550.0690.23871/5
7、50.307P2P+5/2 O2(P2O5)0.1110.11180/620.1430.111142/620.252SS+ O2S O20.0091/30.0030.00332/320.0030.00364/320.006SS+(CaO)(CaS)+O0.0092/30.0060.006(16)/320.0030.00672/320.013FeFe+1/2 O2(FeO)0.6910.69116/560.1970.888Fe2Fe+3/2 O2(Fe2O3)0.0950.09548/1120.0410.135總計6.6836.946注:假定爐內(nèi)氣化脫硫1/3;鐵的氧化由表1-12得出。(3)渣
8、料加入量1)礦石加入量及其成分(表1-7):為了化渣,本例中加入礦石1%,而不另加氧化鐵皮(若不加礦石,改用氧化鐵皮,則成分不同)。其中: S+(CaO)(CaO)+O (CaS)生成量0.00172/320.002 kg 消耗CaO量0.00156/320.002 kg表 1-7 礦石加入量及成分成分質(zhì)量kg成分質(zhì)量kgFe2O3161.80%0.618Feo129.40%0.294SiO215.61%0.0561Al2O311.10%0.011CaO11.0%0.01MgO10.52%0.005S10.07%0.001H2O10.50%0.0052)螢石加入量及其成分(表1-8):根據(jù)冶金
9、局(部)轉(zhuǎn)爐操作規(guī)程,螢石加入量取3kg/t。表 1-8 螢石加入量及成分成分質(zhì)量/kg成分質(zhì)量/kgCaF20.389.0%0.267MgO0.30.58%0.002SiO20.36%0.018P0.30.55%0.002Al2O30.31.78%0.005S0.30.09%0.000(忽略)H2O0.32%0.006其中:2P+2/5O2(P2O5)(P2O5)生成量0.002142/620.004 kg3)白云石加入量及成分(表1-9):為了提高爐襯的壽命,采用白云石造渣,控制渣中(MgO)含量在6%8%范圍內(nèi)。根據(jù)已投產(chǎn)轉(zhuǎn)爐的經(jīng)驗,輕燒白云石加入量取35kg/t。表 1-9 輕燒白云石
10、加入量及成分成分質(zhì)量/kg成分質(zhì)量/kgCaO3.555%1.925MgO3.533%1.155SiO23.53%1.105Fe2O33.51%0.235Al2O33.53%1.105燒堿3.55%0.175其中:燒堿是指白云石中CaCO3MgCO3分解產(chǎn)生的CO2氣體。4)爐襯侵蝕量及其(表1-10):轉(zhuǎn)爐爐襯在爐渣作用下,將被侵蝕和沖刷進入渣中,本例取鐵水量的0.5%。表 1-10 爐襯侵蝕量及成分成分質(zhì)量/kg成分質(zhì)量/kgCaO0.554%0.27SiO20.52%0.01MgO0.538%0.19C0.55%0.025Al2O30.51%0.005其中:爐襯中碳的氧化與金屬中生成的C
11、O和CO2比例相同。CCO數(shù)量 0.02590%28/120.053 kgCCO2數(shù)量 0.02510%44/120.009 kg共消耗氧量 0.05316/28+0.00932/440.037 kg5)石灰加入量及成分(表1-11):根據(jù)鐵成分,取終渣監(jiān)督R3.5。石灰加入量 (2.14%SiR白云石帶入CaO量/%CaO有效100 kg (2.140.53.51.925)/(913.52)100 2.167 kg/100kg鐵水表 1-11 石灰的加入量及成分成分質(zhì)量/kg成分質(zhì)量/kgCaO2.16791%1.972Si2.1672%0.043MgO2.1672%0.043S2.1670
12、.05%0.001Al2O32.1671.5%0.033燒堿2.1673.45%0.075其中: SCaS 0.00172/320.002 kg說明:若要詳細(xì)計算石灰加入量,則可用下式:石灰加入量(SiO2)R(CaO)/%CaO有效(SiO2)鐵水Si生成(SiO2)+礦石、白云石、螢石帶入(SiO2)(CaO)白云石、礦石、爐襯帶入(CaO)鐵水礦石中S消耗CaO量6)渣中鐵的氧化物:對于冶煉Q235鋼,根據(jù)已投產(chǎn)轉(zhuǎn)爐渣中含 (FeO)12%,(Fe2O3)8%。7)終渣總量及成分:根據(jù)表1-6表1-11中若不計(FeO)、(Fe2O3)在內(nèi)的爐渣成分見 表1-12。由表1-12中可得:C
13、aO+MgO+SiO2+P2O5+MnO+Al2O3+CaF2+CaS7.883 kg已知(FeO)12%,(Fe2O3)8%,則余渣應(yīng)占渣量總數(shù)的80%。故總渣量為9.854/80%9.854 kg。由此可知:(FeO)9.8548%1.182 kg、(Fe2O3)9.8542%0.778 kg。由于礦石和白云石中帶入部分(FeO)和(Fe2O3),實際鐵氧化產(chǎn)物為 (FeO)1.1820.2940.888 kg, (Fe2O3)0.7780.6180.0350.135 kg。故 Fe氧化量0.88856/72+0.135112/1600.786 kg表1-12 終渣總量及成分成分氧化產(chǎn)物/
14、kg石灰/kg礦石/kg白云石/kg爐襯/kg螢石/kg總計 /kg%CaO1.9720.0101.9250.2704.17742.39MgO0.0430.0051.1550.1900.0021.39514.16SiO21.0710.0430.0560.1050.0100.0181.30413.23P2O50.2530.0040.2572.61MnO0.3070.3073.12Al2O30.0330.0110.1050.0050.0050.1591.61CaF20.2670.2672.71CaS0.0130.0020.0020.0180.18FeO0.8880.2941.18212.00Fe2
15、O30.1350.6180.0350.7888.00總計9.854100.001.2.2 冶煉中的吹損計算根據(jù)假設(shè)條件,渣中鐵珠量為渣量的8%,噴濺損失為鐵水量的1%,煙塵損失為鐵水量的1.6%。故可得到渣中鐵珠量9.8548%0.788 kg噴濺鐵損量1001%1.0 kg煙塵鐵損量1001.6%(77%56/72+20%112/160)1.182 kg元素氧化損失5.777 kg (見表1-6)吹損總量0.788+1.0+1.182+5.7778.748 kg鋼水量1008.74891.252 kg1.2.3 氧氣消耗量計算主要是元素氧化耗氧6.837 kg(見表1-6),煙塵氧化消耗氧:
16、1001.6%(77%16/72+20%48/160)0.37 kg。其次爐襯中碳氧化耗氧0.037 kg。故總耗氧量為7.434 kg。換算為標(biāo)準(zhǔn)體積為 7.43422.4/325.14 m3/100kg。若考慮到氧氣利用率為75%90%,生產(chǎn)實際中供氧量為5060 m3/t。由于氧氣不純,含有1.5%N2,故供時帶入N2為:7.4341.5%0.110 kg,其體積量為:0.11022.4/280.088 m3/100kg。1.2.4 爐氣量及成分爐內(nèi)產(chǎn)生的爐氣由CO、CO2、SO2、H2O、N2和自由O2組成,把以上計算的爐氣成分除自由O2以外占力氣體積總量的98.5%,表1-13可得:
17、CO+CO2+SO2+H2O+N27.819 m3故爐氣總量為 77.819/99.5%7.938 m3。自由O2量為7.9151.5%0.04 m3,其質(zhì)量為0.0432/22.40.057 kg。表 1-13 爐氣量及成分成分質(zhì)量/%體積/ m3體積/%CO8.484+0.0538.33722.4/286.83086.90CO20.075+0.004+0.175+1.4811.74022.4/440.88611.27SO20.0060.00622.4/640.0020.03H2O0.005+0.0060.01122.4/180.0140.17N20.1100.0881.12O20.0570
18、.040.51總計10.4617.859100.001.2.5 物料平衡表把以上各種物質(zhì)的總收入和總支出匯總起來,使可得到物料平衡表1-14.計算誤差(收入項支出項)/收入項100%0.03%表 1-14 物料平衡表收入支出項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%鐵水100.00087.02 鋼水91.25279.38 石灰2.1671.89 爐渣9.8548.57 白云石3.5003.05 爐氣10.4619.10 礦石1.0000.87 煙塵1.6001.39 螢石0.3000.26 噴濺1.0000.87 爐襯0.5000.44 鐵珠0.7880.69 氧氣7.3436.39 氮氣0.1100.
19、01 總計114.920100.00 總計114.955100.00 1.3 熱平衡的計算為了簡化計算,去加入爐內(nèi)的爐料溫度均為25。1.3.1 熱收入熱收入主要是鐵水的物理熱和元素氧化的化學(xué)熱。(1) 鐵水物理熱鐵水凝固溫度Tf1539%i ti計算,即 Tf 1539(1004.2+80.5+50.34+300.13+250.225)4 1104 鐵水物理熱可用表達式Q物CsTf+Qf+C1(TTf)計算,即 Q物1000.745(110425)+217.568+0.8368(12551104) .86 KJ注:式中 %i鐵水中元素含量;Tf1%的元素使純鐵凝固溫度的降低值。 C1、Cs分
20、別為液態(tài)和固態(tài)的熱容量,kJ/kgK;Tf 、T分別為冷卻劑的熔點和熔池溫度,K;Qf冷卻劑的溶化潛熱,kJ/kg。(2) 鐵水中元素氧化放熱和成渣熱 根據(jù)表1-4、表1-6和表1-12數(shù)據(jù)可以計算如下: CCO 3.6361095039814.2 kJ CCO2 0.4043452013946.08 kJ SSiO2 0.52831414157.00 kJ MnMnO 0.3470201670.76 kJ PP2O5 0.011189232090.992 kJ FeFeO 0.691050203944.348 kJ FeFe2O3 0.0956670630.815 kJ SiO22CaOSi
21、O2 1.30420702698.787 kJ P2O54CaOP2O5 0.25750201289.436 KJ總計 80241.98 kJ(3) 煙氣氧化放熱1.6(77%56/725020+20%112/1606670)6304.4 kJ(4) 爐襯中碳氧化放熱 0.55%(90%10950+10%34520)332.7 kJ因此,爐內(nèi)熱收入總量為:.866+ 80241.98+6304.4+332.7.88 kJ1.3.2 熱支出(1)鋼水物理熱 鋼水熔點Tf1539(650.16+50.102+300.02+250.016)41527 出鋼溫度TTf+T1+2+T31527+70+2
22、0+351652 注:式中Tf鋼水凝固溫度;T1鋼水過熱度;T2出鋼、吹氬、運輸、鎮(zhèn)靜過程降溫;T3澆注過程降溫。鋼水物理熱91.4640.669(152725)+271.96+0.8368(16521527) .36 kJ(2)爐渣物理熱計算取爐渣終點溫度與鋼水溫度相同。爐渣物理熱9.8541.247(165225)+209.20 22054.587 kJ(3)礦石分解吸熱1(29.4%56/725020+61.8%112/1606670+209.20)4242.5 kJ(4)煙塵物理熱 1.610.(145025)+209.202614.7 kJ(5)爐氣物理熱 10.4611.136(1
23、45025)16933.892 kJ(6)渣中鐵珠物理熱 0.7880.745(152725)+217.568+0.8368(16521527)1136.123 kJ(7)噴濺金屬物理熱1.00.745(152725)+217.568+0.8368(16521527)1141.232 kJ(8)吹煉過程熱損失 吹煉過程熱損失包括爐體和爐口的熱輻射、對流和傳導(dǎo)熱、冷卻水帶走熱等,它根據(jù)爐容大小而異,一般為熱量總收入的3%8%,本例去熱損失的為5%。所以吹煉過程熱損失為: .0185%10082.494 kJ(9)廢鋼耗熱總的熱收入減去以上熱支出,得到的富余熱量用加入的廢鋼來調(diào)節(jié)。富余熱量.018
24、(.5+22054.6+4242.5+2614.7+16933.9+1136.1+1141.2+10082.5) 17082.927 kJ1kg廢鋼熔化耗熱10.699(152725)+271.96+0.8368(16521527)1426.5 kJ廢鋼加入量17082.927/1426.52711.927 kg1.3.3 熱平衡表 把以上各種物質(zhì)的熱收入和熱支出匯總,得到熱平衡表1-15。表1-15 熱平衡表熱收入熱支出項目熱量/ kJ%項目熱量/ kJ%鐵水物理熱.86657.09鋼水物理熱.36062.51元素放熱和成渣熱79611.60339.60爐渣物理熱22054.58710.94
25、C53760.28026.74礦石分解熱4242.5492.10Si14157.0007.04煙塵物理熱2614.7201.30Mn1670.7600.83爐氣物理熱16933.8928.40P2090.9921.04鐵珠物理熱1136.1230.56Fe3944.3481.96噴濺物理熱1441.2320.71SiO22698.7871.34吹煉過程熱損10082.4945.00P2O51289.4360.64廢鋼熔化熱17082.9278.47煙塵氧化放熱6304.4003.14爐襯C放熱332.7000.17總計.568100.00總計.883100.00熱效率(鋼水物理熱+礦石分解熱+
26、廢鋼熔化熱)/收入100%73.33%1.4 噸鋼物料平衡廢鋼加入后,忽略廢鋼中含硅、錳元素的氧化損失,使鋼水量達到103.227/kg,即使用100kg鐵水、11.93kg廢鋼可以生產(chǎn)出103.227kg鋼水。根據(jù)比例關(guān),用1000/107.444去乘以表1-14中各項,就可得噸鋼物料平衡表1-16。表 1-16 噸鋼物料平衡收入支出項目質(zhì)量/kg%項目質(zhì)量/kg%鐵水968.73778.81鋼水1000.00081.33石灰20.9891.71爐渣95.4577.76白云石33.9062.76爐氣101.3378.24礦石9.6870.79煙塵15.5001.26螢石2.9060.24噴濺
27、9.6870.79爐襯4.8440.39鐵珠7.6370.62氧氣71.1375.79氮氣1.0670.09廢鋼116.0089.44總計1229.281100.00總計1229.618100.00鋼水收得率1000/(968.7+116)92.2%2 轉(zhuǎn)爐爐型設(shè)計爐型設(shè)計的任務(wù)是確定所選爐型各部位的主要參數(shù)和尺寸,據(jù)此再繪制出工程圖。2.1 爐型的選擇本設(shè)計為150t氧氣轉(zhuǎn)爐,根據(jù)熔池形狀,采用筒球型爐型。2.2 幾個重要參數(shù)設(shè)計轉(zhuǎn)爐爐型并確定其尺寸時,應(yīng)考慮如下幾個參數(shù)。2.2.1 爐容比(V/T,m3/t)我國設(shè)計部門對鐵水比90%及用廢鋼礦石冷卻,采用冶標(biāo)P08生鐵,在供氧強度為33.
28、5m3/tmin的條件下,本設(shè)計中取0.95。2.2.2 高寬比(H總/D殼)根據(jù)我國現(xiàn)行的工藝水平及設(shè)計爐型的公稱容量,本設(shè)計取1.43。2.3 轉(zhuǎn)爐主要尺寸的確定2.3.1 熔池尺寸(1)熔池直徑D DK 1.65.05 m式中: G新爐裝入量,t;(裝入量出鋼量/鋼水收得率),鋼水收得率由1-16表得。 T吹氧時間,min,取18 min K比例系數(shù),取1.68(2) 熔池深度ho ho (Vc0.046D3)/(0.79D2) (23.58+0.046D3)/(0.79 D2) (23.58+0.0465.053)/(0.795.052) 1.46 m式中: Vc熔池的體積(金屬的體積
29、),可由裝入量算出(裝入量/比重)。 Vc裝入量/比重 162.69/6.9 23.58 m32.3.2 爐帽尺寸(1) 爐帽傾角目前傾角多為603,小爐子取上限,大爐子取下限,在此取60。(2)爐口直徑d0 取爐口直徑為熔池直徑的48%。 d0 D48% 2.32 m(3) 爐帽高度H帽在爐口上部設(shè)有高度為300400mm的直線段在此取350mm。因此爐帽高度為 H帽1/2(Dd0)tg+H0 2.71 m2.3.3 爐身尺寸對于圓筒爐身,因其直徑與熔池直徑一致,故只需確定爐身高度H身。 H身4V身/(D2)4(Vb+V帽+Vc)/(D2) 4.54 m式中:V身、V帽、Vc分別為爐身、爐帽
30、、熔池的容積; Vb轉(zhuǎn)爐有效容積,為V帽、V身、Vc三者之和,取決于容量和爐容比。其中V帽 /24(D3d03)tg+/4d3h0 0.262(H帽H0)(D3+Dd0+d2)+0.785d20H0 27.87 m3/t2.3.4 出鋼口尺寸(1)出鋼口中心線水平傾角大型轉(zhuǎn)爐的趨向減小。國外不少轉(zhuǎn)爐采用0,但0傾角使鋼流對鋼包內(nèi)金屬的沖擊力變小。國內(nèi)轉(zhuǎn)爐多為45以下。(2)鋼口直徑d出 d出 cm cm 18.04 cm式中 T轉(zhuǎn)爐公稱容量,t。另外,一般出鋼口襯磚外徑為出鋼口直徑的6倍左右,出鋼口長度為其直徑的78倍。2.3.5 爐襯通常爐襯由永久層、填充層和工作層組成。也有的轉(zhuǎn)爐不設(shè)填充層
31、。永久層常用鎂磚砌筑,工作層多用鎂碳磚和焦油白云石磚綜合砌筑。轉(zhuǎn)爐各部分的爐襯厚度設(shè)計參考值如表2-1所示。表 2-1 轉(zhuǎn)爐爐襯厚度取值(mm)爐帽永久層厚度/mm150工作層厚度/mm500爐身(加料側(cè))永久層厚度/mm150工作層厚度/mm700爐身(出鋼側(cè))永久層厚度/mm200工作層厚度/mm700爐底永久層厚度/mm450工作層厚度/mm6502.3.6 爐殼爐殼鋼板常用的材質(zhì)用14MnNb。爐殼鋼板厚度根據(jù)經(jīng)驗公式可得:爐身 2 65 mm爐帽 1 60 mm爐底 3 65 mm3 氧槍噴頭設(shè)計3.1 原始條件3.1.1 鐵水成分(%)CSiMnPS4.24.20000.50000
32、.34000.13003.1.2 冶煉鋼種以低碳鋼為主,多數(shù)鋼種C0.10%。3.1.3 轉(zhuǎn)爐新爐子參數(shù)內(nèi)徑5.05 m,有效高度8.72m,爐容比0.95m3/t。3.1.4 供氧制度根據(jù)鐵水成分和所煉鋼種進行物料平衡計算,取每頓鋼鐵料耗氧量為50.21 m3;依國內(nèi)中型轉(zhuǎn)爐目前所達到的供氧強度和冶煉技術(shù)水平,吹氧時間取18min。輸氧管測壓點氧氣最高壓力為1018MPa,氧氣平均溫度17。氧槍槍位高度:化渣槍位1.8m,吹煉槍位1.2m。3.1.5 裝入制度爐次1565051100100裝入量/t1501601671803.2 計算氧氣流量當(dāng)裝入量300t時氧氣流量為:Q(50.21150
33、)/18418.38 m3/min3.3 計算設(shè)計工況氧壓和喉口直徑選定噴孔出口馬赫數(shù)M2.0,采用五孔噴頭,噴頭為拉瓦爾型,噴孔夾角為15。查熵流表(見附錄),當(dāng)M2.0時,P/P00.1278,取PP膛0.099 Mpa 代入,則設(shè)計工況氧壓為:P00.099/0.12870.775 MPa每孔氧流量:qQ/5418.381/583.676 m3/min取CD0.92,T0290K, P00.775MPa7.9kg/cm2,帶入下式,求出喉口直徑:q17.64CDP0A喉/ 83.67617.640.927.9A喉/17.640.967.9d2喉/4 d喉3.683 cm3.4 確定噴孔出口直徑根據(jù)M2.0,查等熵流表得:A出/A喉1.688,即/d2出1.688d2
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