第三講材料加熱爐課件

1、分析爐內(nèi)氣體運動狀態(tài)的工程意義氣體運動與加熱過程有關(guān)燃料爐設(shè)計的關(guān)鍵就是如何導引爐氣運動來保證高效地實現(xiàn)加熱氣體運動與爐溫均勻性有關(guān)如何引導爐氣對流是加熱爐溫度均勻性的設(shè)計難題活性爐氣均勻性與其在爐內(nèi)的運動有關(guān)爐氣均勻性是氣氛爐設(shè)計的重要指標氣體的運動的動力是其具有一定能量氣體運動是氣體能量轉(zhuǎn)化的結(jié)果靜止爐氣的能量和能量轉(zhuǎn)換具有壓力的爐氣可以作功。壓力為Pg的 爐氣推動面積為A活塞位移dl，則它作功dW，即：而單位體積爐氣所作的功為：把單位體積爐氣具有做功的能量稱為爐體的靜壓能Es ，在數(shù)值上，可表示為：Es=Pg 。dVPAdlPdWggsgEPdVdW從力的角度來看：Pg為爐氣具有的靜壓力

2、，單位為Pa；從能量的角度來看：Pg則是單位體積爐氣具有的靜壓能Es ，單位為：J/m3 。因此，爐氣壓力是爐氣分子儲存能量的一種表現(xiàn)形式。靜止爐氣的靜壓能靜止爐氣的能量和能量轉(zhuǎn)換在重力作用下，質(zhì)量為M、距某一基準面的高度為z的氣體所具有的勢能為mgz。對于體積為dV的靜止爐氣，在距某基準面的高度為z時所具有的勢能為： 而單位體積的爐氣所具有的勢能為： 把單位體積的爐氣所具有的勢能稱為位能。它等于該爐氣的密度、重力加速度g以及其距基準面的高度z的乘積。爐氣的位能產(chǎn)生的內(nèi)因為氣體的密度，外因是重力場。其大小與所處的位置有關(guān)，單位： J/m3。靜止爐氣的位能gzdVMgzgzdVgzdVEp靜止爐

3、氣的能量和能量轉(zhuǎn)換圖圖3-23-2 靜止爐氣的壓力分布靜止爐氣的靜壓能與位能之和為定值，能量在空間內(nèi)是守恒的。靜止爐氣的絕對壓力隨高度的增大而減少，其轉(zhuǎn)化為氣體的位。靜止爐氣的壓力平衡（能量守恒） CgzP CEEps在為常數(shù)的靜止爐氣中，壓力沿高度呈直線分布。靜止爐氣中任一高度處的靜壓能與位能之和為一常數(shù)斜率為-1/g密度越大，斜率越大2211gzPgzPgHPzzgPP22121)(靜止爐氣的能量和能量轉(zhuǎn)換在相對零壓面以上，爐氣的靜壓頭為正，越往上其正值越大，從爐壁開口會向外溢氣。靜止爐氣的靜壓頭 單位體積爐氣與同一水平面上爐外單位體積空氣靜壓能之差。(a)(b)圖圖3-33-3 (a)

4、靜止爐氣的壓力分布(b) 靜止爐氣的靜壓頭分布gHPPEEhgaagsasgs在零壓面以下，爐氣的靜壓頭為負，越往下負值越大，從開口會吸入冷空氣。靜止爐氣的能量和能量轉(zhuǎn)換靜止爐氣的位壓頭沿其高度呈直線分布，由于ag，故越往下位壓頭越大。靜止爐氣的位壓頭 單位體積爐氣與同一水平面上爐外單位體積空氣位壓能之差。圖圖3-4 3-4 靜止爐氣的位壓頭分布gzgzgzEEhgaagpapgp在數(shù)值上與單位面積上熱爐氣氣柱在相應(yīng)高度上冷空氣中所受到的上浮力大小相當。靜止爐氣的能量和能量轉(zhuǎn)換靜止爐氣的總壓頭 圖圖3-5 3-5 靜止爐氣的壓頭分布示意靜止爐氣在不同高度上，其靜壓頭和位壓頭之和為一定值，二者可

5、以相互轉(zhuǎn)化，靜壓頭大處，位壓頭必小，反之亦然，但其總壓頭不變，即壓頭守恒。 222111gzPPgzPPagagagag2211pspshhhh靜止爐氣的能量和能量轉(zhuǎn)換爐膛的溢氣與吸氣 圖圖3-63-6爐膛內(nèi)壓力變化及溢氣和吸氣情形（a）爐膛密封嚴密（b）打開爐門（c）爐門密封不嚴（d）爐膛正壓操作靜止爐氣的能量和能量轉(zhuǎn)換爐膛的溢氣與吸氣 290. 02739502733 . 100tgggtgTT205. 127320273293. 120020aaataTT95.17281. 9290. 0205. 1gHhPgas例題例題3-13-1：設(shè)爐膛內(nèi)的爐氣溫度為950，爐氣在標準狀態(tài)下的密度為

6、1.3kg/m3, 爐外空氣溫度為20。問當爐底表壓力為零時，距爐底2m高處爐頂?shù)谋韷毫槎嗌?分析與解答分析與解答: : 當爐氣溫度為950時，爐氣的密度為：(Pa)空氣溫度在20時的密度為:基準面取在爐頂，則爐底：H=2m，代入式(3-9b)得：(kg/m3)(kg/m3)靜止爐氣的能量和能量轉(zhuǎn)換煙囪的抽氣作用煙囪的抽氣作用 圖圖3-73-7 煙囪的抽氣作用gHPPPaaag122gHPPgag12gHPPgagg21靜止爐氣的能量和能量轉(zhuǎn)換煙囪的抽氣作用煙囪的抽氣作用 225. 027313002733 . 100tgggtgTT205. 127320273293. 120020aaat

7、aTT14.961081. 9225. 0205. 121gHPPgagg例題例題3-23-2：設(shè)燃料爐膛內(nèi)的爐氣溫度為1300，爐氣在標準狀態(tài)下的密度為1.3kg/m3, 爐外空氣溫度為20。問煙囪高度為10m時，它的理論抽力為多少?分析與解答分析與解答: : 當爐氣溫度為1300時，爐氣的密度為：空氣溫度在20時的密度為：煙囪的理論抽力為：(kg/m3)(kg/m3)(Pa)運動爐氣的能量和能量轉(zhuǎn)換爐氣的動能與動壓頭爐氣的動能與動壓頭 222121vMvEd221vhd圖圖3-83-8壓頭測量示意圖總壓PA1gh1靜壓PB1gh2動壓頭壓Pc1ghhgPvcB12221122hhgPPvB

8、AB應(yīng)用這種裝置，并按層流或紊流考慮vav/vmax的數(shù)值便可粗略地測量出管內(nèi)爐氣的平均流速和流量。動能動壓頭運動爐氣的能量和能量轉(zhuǎn)換爐氣的能量損失爐氣的能量損失 伯努力方程的能量和壓頭表達式摩擦能量損失局部能量損失dLtvdLvhfttff)1 (21212002)1 (21212002tvvhttpa流動爐氣的能量轉(zhuǎn)化niivvgzPvgzP122222211122121niggggggvgvgzPvgzP1222222111221212211gzPgzPaaaahhhhhhhhdpddps1222111應(yīng)用煙囪內(nèi)爐氣的壓頭分布 圖圖3-123-12 爐氣壓頭沿煙囪高度的變化1 1：靜壓頭

9、靜壓頭 隨高度的增加而增加隨高度的增加而增加 2 2：靜壓頭靜壓頭 隨高度的增加而減少隨高度的增加而減少3：動壓頭：動壓頭 隨高度的增加而增加隨高度的增加而增加4：壓頭損失隨高度的增加而增加：壓頭損失隨高度的增加而增加 煙囪內(nèi)爐氣的位壓頭沿高度連續(xù)向動壓頭和靜壓頭轉(zhuǎn)化，能量損失不斷增大，但總能量守恒。應(yīng)用爐墻上小孔溢氣量的計算 圖圖3-13 3-13 爐墻上小孔溢氣示意氣流通過小孔時，因截面突然收縮，氣流在慣性力的作用下將形成縮流，縮流的最小截面在墻外，該墻稱為薄墻，在墻內(nèi)時，稱厚墻。gagPPv)(22)1 (1gHPPgaag)(gaggHv)(22縮流的大小用縮流系數(shù)（縮流面積f2與小孔

10、面積f之比）表示，即：ff2ggaggavgHfgHfvfq)(2)(2122(m3/s) (m3/s) 應(yīng)用爐門開啟時的溢氣 圖圖3-143-14 爐門溢氣示意dzzgBgHdfdqggaggavt21)(2)(2ggaggaHqvtvtgHBHdzzgHgBdqqvt)(232)(22100agavtgHBHq)(232(m3/s)(m3/s)(m3/s)小縫近似爐門溢氣爐門吸氣應(yīng)用實際爐門開啟時的溢氣 圖圖3-15 3-15 實際爐門溢氣與吸氣示意圖agavtgHBHq22)(232agavtgHBHq11)(232上溢下吸溢氣量吸氣量爐底為正壓靜靜hHhgBqgaggavt3232(m3/s)(m3/s)(m3/s)爐內(nèi)爐氣運動的動力和形態(tài)分析 圖圖3-16 3-16 箱式電阻爐內(nèi)的自然對流圖圖3-173-17井式滲碳爐氣流狀態(tài)自然對流強制對流受熱爐氣具有上浮的動力風扇供給爐氣運動動能圖3-18 燃料爐內(nèi)爐氣的流動a）和壓力分布b）爐內(nèi)爐氣運動的動力和形態(tài)分析依靠煙囪抽力造成定向流動1、通過調(diào)整進入口和排煙的位置可以調(diào)節(jié)和控制燃料爐內(nèi)爐氣的壓力分布；2、燃料爐通常要求爐膛底部爐氣的壓力等于或稍大于大氣壓，以防止爐外冷空氣侵入和熱爐氣外溢；3、調(diào)整爐底微正壓的基