硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)第一章

關(guān)于硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)第一章

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章一、不可壓縮氣體的流動(dòng)（一）氣體從窯爐內(nèi)的流出和吸入1、氣體通過(guò)小孔的流出和吸入靜壓頭轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)壓頭，使壓強(qiáng)降低、速度增加．ⅡⅡw1ρ1P1F1zⅠⅠFw2,ρ2P2,F2第2頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章流出氣體在慣性作用下，氣流會(huì)發(fā)生收縮，在Ⅱ截面處形成最小的截面F2，這種現(xiàn)象稱為縮流。縮流系數(shù)：（氣流最小截面與小孔截面的比值）ⅡⅡw1ρ1P1F1zⅠⅠFw2,ρ2P2,F2小孔的位置第3頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章Ⅰ截面（窯內(nèi)）：Ⅱ截面（氣流最小截面）：氣流通過(guò)小孔的壓差極?。篞uestion：如何衡量流出氣體的快慢、多少

？

w1ρ1P1F1zⅠⅠFw2,ρ2P2,F2第4頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章列Ⅰ-Ⅱ間伯努利方程，計(jì)算：第5頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章第6頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章第7頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章***縮流系數(shù)、速度系數(shù)、流量系數(shù)均應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定。也可查表。***薄壁和厚壁的概念：氣流最小截面在孔口外——薄壁氣流最小截面在孔口內(nèi)——厚壁第8頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

第9頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章Question：小孔為其它形狀

？

形狀大小第10頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章2、氣體通過(guò)爐門的流出和吸入***沿爐門高度上的靜壓頭的變化對(duì)氣體流出和吸入量有影響。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)微元面積dF的流量，為：dF爐門第11頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

窯底與z間的伯努利方程為：第12頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

把近似看作常數(shù)，作為平均流量系數(shù)，則第13頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備

第一章

第14頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天總結(jié)】小孔爐門第15頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天試一試】其它形狀爐門情形如何計(jì)算?

?第16頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天例題1-10某窯爐的窯墻厚為240mm,上下各有一個(gè)直徑為200mm的小孔，兩孔間垂直距離為1m,窯內(nèi)氣體溫度為1000℃，煙氣標(biāo)態(tài)密度為1.32kg/m3，外界空氣溫度為20℃，窯內(nèi)零壓面在兩個(gè)小孔垂直距離的中間。求通過(guò)上下兩個(gè)小孔的漏氣量。1122001m0.5m厚240mmΦ200mm第17頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天（1）解：第18頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天第19頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天第20頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天第21頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天上部斷面的幾何壓頭小于下部斷面的幾何壓頭，而靜壓頭則相反。即：上部斷面的靜壓頭大于下部斷面的靜壓頭。本題：零壓頭在兩小孔中間，所以上孔肯定為正壓（氣體溢出），下孔為負(fù)壓（吸入空氣）。所以有：解法2第22頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天第23頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章（二）分散垂直氣流法則垂直分散氣流：一股氣流在垂直通道中被分割成多股平行小氣流。垂直分散氣流法則：垂直通道中，使熱氣體自上而下流動(dòng)，冷氣體自下而上流動(dòng)。問(wèn)題：設(shè)a、b通道等截面，則為保證a、b通道內(nèi)溫度均勻，應(yīng)具備什么條件？

ⅠⅠⅡ

Ⅱ

ab第24頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章a通道伯努利方程:Ⅰ截面為基準(zhǔn)面，則：

a通道等截面，則：氣流自上而下流動(dòng)時(shí)，則：

第25頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章氣流自下而上流動(dòng)時(shí)，則：

條件：欲使a、b通道溫度均勻，需使a、b兩端靜壓差相等，即：ⅠⅠⅡ

Ⅱ

第26頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章a、b通道溫度分布均勻的條件是：氣體自上而下流動(dòng)時(shí)：氣體自下而上流動(dòng)時(shí)：通道內(nèi)的幾何壓頭和阻力損失相等。所以第27頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章分析兩種情況：？？？第28頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章①熱氣體自下而上流動(dòng)時(shí)：具體分析熱氣體情形：假若

幾何壓頭為推動(dòng)力第29頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章②熱氣體自上而下流動(dòng)時(shí)：

假若1幾何壓頭為阻力第30頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天①冷氣體自下而上流動(dòng)時(shí)：②冷氣體自上而下流動(dòng)時(shí)：垂直分散氣流法則：垂直通道中，使熱氣體自上而下流動(dòng)，

冷氣體自下而上流動(dòng)。課下自學(xué)內(nèi)容

ⅠⅠⅡ

Ⅱ

ⅠⅠⅡ

Ⅱ

第31頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天分散垂直氣流法則適用條件熱工過(guò)程與設(shè)備幾何壓頭起主要作用的通道第32頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章1.2窯爐系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動(dòng)不可壓縮氣體的流動(dòng)可壓縮氣體的流動(dòng)氣體射流熟練掌握了解了解自學(xué)第33頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天伯努利方程的適用氣體：不可壓縮氣體、穩(wěn)態(tài)、等溫（e=0）流動(dòng)二、可壓縮氣體的流動(dòng)可壓縮氣體能量方程：可壓縮氣體怎樣做能量的換算？第34頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天可壓縮氣體是否有伯努利方程？第35頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

可壓縮氣體絕熱流動(dòng)的伯努利方程：—絕熱指數(shù)單原子氣體，雙原子氣體（包括空氣），多原子氣體（包括過(guò)熱蒸汽）第36頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

第37頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

（一）音速和馬赫數(shù)1、聲波在氣體中的傳播速度-音速方程式音速：聲波在彈性介質(zhì)中的傳播速度。（a，m/S）

音速聲音來(lái)源于物體振動(dòng)，該振動(dòng)會(huì)引起介質(zhì)壓強(qiáng)和密度的微弱變化，這種微擾動(dòng)在介質(zhì)中依次傳播，就是聲音的傳播過(guò)程。第38頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

考察聲波在氣體中傳播時(shí)引起溫差變化很小傳播速度很大聲音在氣體中傳播屬于可逆絕熱過(guò)程（等熵，q=0）即等熵時(shí)：第39頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

[如]空氣，，，則聲音在空氣中傳播速度為音速與溫度有關(guān)，也為狀態(tài)參數(shù)；與地域、季節(jié)等有關(guān)音速大小反映氣體可壓縮程度，音速越大則氣體的可壓縮程度越小。第40頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

2、馬赫數(shù)管流某界面氣流速度w,m/S當(dāng)?shù)匾羲賏則逆氣流方向，聲波傳播速度為：其中：第41頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

氣體流動(dòng)可根據(jù)Ma大小來(lái)分類Ma＜＜

1，不可壓縮流動(dòng)Ma＜

1，亞音速流動(dòng)Ma≈1，跨音速流動(dòng)Ma＞1，超音速流動(dòng)第42頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

滯止（滯留）參數(shù)：流體處于靜止?fàn)顟B(tài)，流速為0

的參數(shù)（以下表s表示）滯止參數(shù)一定時(shí)，氣流中的音速大小取決于氣流速度。第43頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

可壓縮流體流速與斷面的關(guān)系不可壓縮流體，流速與斷面反比?？蓧嚎s流體，可壓縮不可壓縮氣體的對(duì)比，可用于選擇或天空或判斷第44頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

可見：Ma＞1（超音速流動(dòng)）時(shí)，流速與斷面呈正比。流速隨斷面增大而增大，隨斷面減小而減小。Ma＜1（亞音速流動(dòng)）時(shí)，流速與斷面呈反比。流速隨斷面增大而減小，隨斷面減小而增大。Ma＝1時(shí)，ｄＦ＝０，對(duì)應(yīng)臨界斷面。第45頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

（二）可壓縮氣體通過(guò)漸縮噴嘴流出1、流量和流速（高壓氣體）①罐容量足夠大，氣體參數(shù)可視為常數(shù)②罐容量足夠大，氣體流速視為零，處于滯留（滯止）狀態(tài)，（以下標(biāo)S標(biāo)出）氣體流出過(guò)程001122流速增加、壓強(qiáng)下降氣體在噴嘴中流速大，可視為絕熱。第46頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

理想、可壓縮氣體能量方程：（注意：不能用伯努利方程）第47頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

理想氣體焓：第48頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

絕熱過(guò)程：由絕熱方程：由：第49頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

由：***實(shí)際：第50頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

2、極限速度和臨界速度（1）極限速度討論：第51頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

試驗(yàn)：若想維持氣體滯止參數(shù)和出口斷面F2，采取一定手段使噴嘴出口處壓強(qiáng)Pa可連續(xù)調(diào)節(jié)。則：環(huán)境壓力Pa由Ps起逐漸下調(diào)，則出口處壓強(qiáng)P2等于Pa也連續(xù)下降。但P2下降有一限度，Pa小到一定值時(shí)，P2不再隨之下降，而是P2〉Pa。氣源氣柜調(diào)節(jié)閥抽氣機(jī)噴嘴Pa第52頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

（2）臨界速度m有最大值E點(diǎn)定義：E點(diǎn)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)為臨界狀態(tài)，相應(yīng)參數(shù)為臨界參數(shù)（用下標(biāo)cr表示）ABD(wmax)EmwGmmax第53頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

由絕熱方程：?jiǎn)栴}：怎樣求？

臨界參數(shù)僅與滯止參數(shù)和氣體絕熱指數(shù)有關(guān)第54頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

**臨界速度等于當(dāng)?shù)匾羲俚?5頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

mwABC(wcr)D(wmax)EF(mmax)G擁塞效應(yīng)第56頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

可壓縮氣體由漸縮噴嘴外射流出的極限：壓強(qiáng)（背壓）：低至臨界壓強(qiáng)溫度：低至臨界溫度速度：高至臨界速度，當(dāng)?shù)匾羲亳R赫數(shù)：1第57頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

（三）可壓縮氣體由漸縮至漸擴(kuò)噴嘴外射流出漸縮漸擴(kuò)管—拉伐爾噴嘴：利用氣體壓力能獲得超音速出口氣流喉部：漸縮、漸擴(kuò)的結(jié)合部。收縮段擴(kuò)張段第58頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

第59頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天ABD(wmax)EmwGmmax第60頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

1、氣體參數(shù)與噴嘴斷面積與速度變化的關(guān)系等熵流動(dòng)，熱力學(xué)參數(shù)變化——速度變化能量方程、理想氣體狀態(tài)方程

能量方程：

（1）

第61頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

狀態(tài)方程：

絕熱方程：

**dw〉0，則dP、dρ、dT均〈0（2）

（3）

改書上錯(cuò)第62頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

狀態(tài)連續(xù)性方程：

（4）

（4，）

第63頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

**亞音速氣流在漸縮段加速、在漸擴(kuò)管減速；超音速氣流在漸縮段減速、在漸擴(kuò)管加速；第64頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

漸縮噴嘴對(duì)應(yīng)滯止壓強(qiáng)不需過(guò)高。拉伐爾噴嘴對(duì)應(yīng)滯止壓強(qiáng)要高于臨界壓強(qiáng)。實(shí)際操作時(shí)：第65頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

2、氣體參數(shù)與噴嘴斷面積與馬赫數(shù)的關(guān)系已知：第66頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

第67頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

第68頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

第69頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

第70頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天

熱工過(guò)程與設(shè)備第一章1.2窯爐系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動(dòng)不可壓縮氣體的流動(dòng)可壓縮氣體的流動(dòng)氣體射流熟練掌握了解了解自學(xué)第71頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

三、氣體射流射流：

氣體脫離了原來(lái)限制它流動(dòng)的管道，不再受固體壁面的限制，而在空間連續(xù)擴(kuò)散流動(dòng)。(噴射到窯內(nèi)的可燃?xì)猓粺焽杳俺龅臒煔獾取?與管流有本質(zhì)區(qū)別。因不再受璧面的影響限制、與周圍氣體接觸混合層流射流：管嘴直徑較小，噴出氣量小時(shí)，在管嘴出口處形成層流射流。湍流射流：管嘴直徑較大，噴出氣體流速較大時(shí)，在管嘴出口處形成湍流射流。第72頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

自由射流：氣體噴射到充滿靜止介質(zhì)的無(wú)限空間中去，射流完全不受固體壁面的限制。受限射流：氣體噴射到有限空間時(shí)，射流要受到空

間的部分限制。研究射流規(guī)律目的：P27第73頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

（一）自由射流(湍流)等溫自由射流：噴出氣流與周圍介質(zhì)

溫度、密度相等

非等溫自由射流：噴出氣流與周圍介質(zhì)存在溫度差、密度差第74頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

1、自由射流的形成和特點(diǎn)（1）自由射流的形成和外形特點(diǎn)第75頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天湍流：氣體橫縱向流動(dòng)，噴出氣體則與周圍空氣不斷摻和，交換能量、動(dòng)量，一起向前流動(dòng)。流量、橫斷面不斷增大，流速不斷降低，形成向周圍擴(kuò)散的錐形體，最終消失在空氣中。第76頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)折截面外邊界內(nèi)邊界M邊界層開始段主段外邊界內(nèi)邊界極點(diǎn)M極角核心收縮角邊界層核心區(qū)轉(zhuǎn)折截面開始段主段第77頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

外邊界：速度等于零的邊界內(nèi)邊界：速度保持初速度的邊界極點(diǎn)：外邊界的交點(diǎn)極角：外邊界與x軸的夾角核心收縮角：內(nèi)邊界與x軸的夾角邊界層：內(nèi)、外邊界之間的區(qū)域核心區(qū)：保持初速度的區(qū)域轉(zhuǎn)折截面：只有x軸上一點(diǎn)還保持初速度的截面開始段：噴嘴出口至轉(zhuǎn)折面之間的射流區(qū)域主段：轉(zhuǎn)折面以后至射流消失的射流區(qū)域第78頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

②近似認(rèn)為自由射流內(nèi)部壓強(qiáng)不變，等于周圍氣體的壓強(qiáng)。沿x軸動(dòng)量不變、動(dòng)能減小。（2）自由射流的流動(dòng)特點(diǎn)①自由射流可近似認(rèn)為是一維流動(dòng)。

③自由射流內(nèi)各截面上速度分布有相似性第79頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天M開始段主段Rx1Rx2第80頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)折截面外邊界內(nèi)邊界M邊界層開始段主段壓強(qiáng)P動(dòng)量mw流量V動(dòng)能中心速度第81頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

2、自由射流中各運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化關(guān)系（阿勃拉莫維奇）（1）主段①極角α

主段

湍流系數(shù)改錯(cuò)第82頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

②射流半徑Rx

主段

第83頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

③軸心速度wc

動(dòng)量守恒主段

第84頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

④體積流量Vx

⑤平均流速

⑥質(zhì)量平均流速

第85頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

（2）開始段開始段

轉(zhuǎn)折面

主段①核心區(qū)長(zhǎng)度L（開始段的長(zhǎng)度）

第86頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

開始段

轉(zhuǎn)折面

主段②噴嘴出口斷面至極點(diǎn)距離③核心收縮角

第87頁(yè),共97頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱工過(guò)程與設(shè)備第一章

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