硅酸盐热工基础第二章PPTPPT课件下载推荐.ppt
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T-热力学温度,K(T=t+273.15)R-通用气体常数,R=8314.3J/(kmolK)n-气体的摩尔数,kmolp-绝对压强,N/m2或PaV-体积,m3m-气体的质量,kgM-气体的摩尔质量,kg/kmol,8,干燥空气M=29kg/kmolR=8314.3/29=286.7J/kg.K,空气1个大气压273K密度1.293kg/m3,一般空气取R=287J/kg.K,9,膨胀性:
是指气体温度升高时,气体所占有的体积增大、密度减小的特性。
用体积膨胀系数T表示。
1/K,式中:
v-比容,即单位质量气体的体积,m3/kgT的物理意义-压强一定时,温度升高1,气体体积的相对变化率。
气球受热膨胀,2.2气体的膨胀性和压缩性,10,一定温度范围内的平均膨胀系数:
1/K,液体的膨胀系数很小,工程上一般不考虑。
气体的膨胀系数很大,温度变化时体积变化很大。
流体膨胀性的区别:
温度变化很大时须考虑体积变化,11,理想气体:
理想气体膨胀系数:
标准状态下:
12,压缩性:
是指作用于气体上的压强增大时,气体所占有的体积减小、密度增大的特性。
用压缩系数p表示。
m2/N或1/Pa,的物理意义气体温度一定时,气体压强增加1Pa,气体体积的相对变化率。
13,理想气体的压缩系数:
某一压强p范围内的平均压缩系数:
14,理想气体:
或,液体的压缩系数很小,可视为不可压缩流体。
气体的压缩系数很大,为可压缩流体。
特殊情况:
压强变化很大时考虑压缩性,特殊情况:
压强变化较小时视为不可压缩,流体压缩性的区别:
15,标准状态:
温度:
0压强:
1atm(1atm=101325Pa),标态参数表示:
物理量下角标加“”单位前面加大写“N”,【规定】,例:
标态密度:
o单位kg/Nm3标态流速:
wo单位Nm/s标态体积:
Vo单位Nm3,16,令:
标准状态参数:
poToVoowo任意状态参数:
pTVw,对于不可压缩气体:
ppo,根据理想气体状态方程,得:
所以有:
17,膨胀性随t变化。
其中:
T=t+T=t+273.15K,所以:
18,【推论】,体积:
m3,流速(截面积不变时):
19,所以,关键是区分是否可压缩性气体?
喷射器、烧嘴等个别情况:
p变化大(p0.2atm),w大(接近或大于当地音速)此时const,是可压缩气体,20,气体的膨胀性和压缩性,气体的压缩性和膨胀性通常可以用膨胀系数和压缩系数来表示:
膨胀系数压缩系数,工程上也常用的倒数,称为气体的体积弹性模数E来表示压缩性,1/Pa,1/K,N/m2,21,理想气体过程的多变方程多变过程:
有热量传递的气体的膨胀或压缩过程,绝热方程,22,
(1)牛顿内摩擦定律,2.3气体的粘性,所以,粘性是内摩擦力的表现!
23,牛顿内摩擦定律:
运动流体的内摩擦力的大小与两层流体的接触面积成正比,与两层流体之间的速度梯度成正比。
内摩力的方向与流体运动方向相反,动力粘度,24,
(2)粘度及其换算,速度梯度为1时单位接触面积上的内摩擦力,粘度粘性流动性,理想流体,实际流体,流体无粘性、完全不可压缩,运动时无抵抗剪切变形的能力。
流体具有粘性,运动时有抵抗剪切变形的能力。
流体,25,相对粘度:
恩氏粘度,国际赛氏秒、商用雷氏秒等,我国常采用恩氏粘度。
(m2/s),恩氏粘度与运动粘度的关系:
恩氏粘度:
200ml试液,在测定温度下,从恩氏粘度计流出所需要的时间t(s)与同体积的蒸馏水在20时从恩氏粘度计流出所需要的时间t0(s)的比值。
粘度较小,粘度较大,26,粘度与温度的关系流体的粘度受压强的影响很小,温度的变化对粘度影响很大。
液体液体产生内摩擦力的主要原因:
分子引力分析:
温度升高,液体体积膨胀,分子间距加大,引力减小,粘度减小。
27,气体产生内摩擦力的主要原因:
分子热运动引起的动量交换分析:
温度升高,分子热运动加剧,动量交换增多,粘度增大。
28,气体动力粘度与温度的关系式:
C与气体性质有关的常数(p3页表1-1)。
Pas,空气:
0=1.7210-6;
C=122烟气:
0=1.5110-6;
C=173,29,其中:
d-是气体管道的内径-称为运动粘度,,m2/s,雷诺数:
粘度与温度的关系:
30,2.4空气的浮力,原理:
阿基米德定律。
设:
一流体中,一物体,体积V,则,浮力:
F=V流体g,重力:
P=V物体g,31,讨论:
(1)假设1m3流体(液体)在空气中,PF,所以液体在空气中的浮力可忽略不计。
所以说水总是由高处向低处流动。
重力:
P=V物体g浮力:
F=V流体g,32,
(2)假设是1m3热空气在冷空气中,则:
P=5.89N()F=11.77N(),可见,P0,由此可见,热烟气在没有机械能加入的情况下,将会在净浮力的作用下,热烟气由下向上自动流动。
F=V流体g,123end,33,3气体力学基本方程式,34,3气体动力学基本方程式,3.1质量守恒原理连续性方程(稳定态一元流)对具有一个入口断面F1和一个出口断面F2的稳定态管流在1-1截面,气体质量流量m1=F111在2-2截面,气体质量流量m2=F222,35,稳定流动时,单位时间内通过截面和截面的质量流量相等F111=F222=m若气体为不可压缩气体1=2F11=F22=V=常数m3/S结论:
不可压缩气体做稳定流动时,横截面积越小处,流速越大.,36,不可压缩气体,若是圆形管道:
公式建立的条件:
无分支、无汇合,无加入、无泄漏、等温、等压。
37,3.2能量守恒原理伯努利方程,3.2.1伯氏方程在窑炉中的应用形式,
(1)理想气体,假设:
(1)不可压缩理想气体,无粘性,无摩擦力;
(2)变截面管道,稳定而连续的流动;
(3)无外功输入,也无加热或冷却设备。
则:
气体流动时无能量损失和内能的增减,只有位能、动能、静压能三种能量之间的相互转换。
38,根据伯努利方程:
(a)对单位质量、受1N重力的流体,39,等温段中,const(该段气体平均温度下的密度),(b)对单位体积(1m3)、受重力gN的气体(热工中),单位:
J/m3=N/m2=Pa,40,上式的应用条件:
(1)理想气体,无粘性,无能量损失;
(2)气体在渐变流截面管中作稳定流动,沿流线,无旋涡,其参数不受时间影响;
(3)不可压缩气体,p0.2atm,分段等温,=const;
(4)仅受重力场作用,不受磁场等影响。
(5)动能是对整个截面而言的,所以w是整个截面的平均值;
(6)截面高度Z是指截面形心点与基准面的距离。
基准面在气体断面下方Z叫高度,为正值;
基准面在气体断面上方时,Z叫深度,为负值。
41,
(2)实际气体,实际气体有粘性,流动过程中有能量损失。
表示气体从1-1截面流至2-2截面的总能量损失,42,管内热气体由1-1至2-2的伯氏方程:
管外相同高度上空气由1-1至2-2的伯氏方程:
(假设空气是静止的),(3)适用于两流体的伯努利方程,43,因窑炉系统与外界大气是相连通的,考虑外界冷空气对窑内热气体的浮力作用,两式相减,得:
因热气体的a,换基准面(新基准面):
基准面在气体断面上方,向下为正值;
44,上式简写:
上式中每一项都称为“压头”(相对压头),使用时注意基准面的选取!
基准面取在气体断面的上方,向下为正值,特点:
上部断面的hge下部断面的hs,适用于两流体的伯努利方程,约定:
上游为“1-1”截面,下游为“2-2”截面,45,3.2.2公式中各项压头的物理意义,适用于二流体的伯氏方程:
46,几何压头实际上即单位体积的热气体在净浮力的作用下所具有的位能:
(F-P)H0方向总向上,热烟气会由下向上自动流动。
3.2.2.1几何压头(geometryhead),hge=H(a-)gJ/m3,Pa,物理意义:
管道内单位体积的热气体和管道外同高度上单位体积冷空气具有的位能差。
沿高度上的分布:
上小下大.基准面设在上方,基准面上hge=0,47,3.2.2.2静压头(statichead),hs=p-paJ/m3,Pa,物理意义:
管道内单位体积热气体比管道外同一水平面上同体积冷空气多具有的静压能。
0,正压,向外逸热气,0,零压,0,负压,向内吸冷气,由静压头造成的气体流动,其方向总是由压强大的地方流向压强小的地方。
凡出口与大气相通处,其静压头为零沿高度上的分布上大下小,hs,48,测量:
可用各种压力表测其“表压”。
压头与表压数值上相等,但物理意义不同。
表压单位面积上的力,有方向,是压强。
压头1m3气体的压力差,无方向,是能量。
测量时,一端与大气相通,另一端与热气体相通,管口于气流方向,49,3.2.2.3动压头(kinetichead),测量:
用毕托管测量,全压=动压+静压,J/m3,Pa,物理意义:
单位体积气体流动时所具有的动能。
50,3.2.2.4压头损失(Lossofhead),hL,(1-2)=hf+hlJ/m3,Pa,物理意义:
单位体积气体由截面1-1流至截面2-2过程中损失的总能量。
l流程长度,md管道内径(园形管道)当量内径(非园形管道)de=4F/s摩擦阻力系数(无因次),J/m3,Pa,
(1)摩擦阻力hf(frictionresistance),51,摩擦阻力系数可用下式计算:
=f(Re,)b/(Ren),式中b、n是与管壁相对粗糙度()有关的系数,层流时:
b=1,n=64,=1/Re64,湍流时:
参阅下表(教材P7页表1-2),52,Re2300时,流体作层流流动;
Re4000时,流体作湍流流动;
2300Re4000时,属过渡流。
在这个范围内,流体的流动状态是不稳定的,可能转向层流,也可能转向湍流。
实验条件好时,上临界值可延至104以上。
53,
(2)局部阻力hl(localresistance),当气流通道局部变形,如扩张、收缩、捌弯、汇流、分支、设闸板等障碍物时,气流速度与方向均发生变化,气体质点与质点间、质点与管壁间发生碰撞,形成旋涡等,产生局部的能量损失。
hlocal=hkJ/m3,Pa,(3)综合阻力,h综合=综hkJ/m3,Pa,54,减小阻力的途径:
hfw1.81.9,hLw2经验(窑炉通道):
300400C,w经验=23Nm/s600800C,w经验=1.52.0Nm/s,
(2)减小阻力系数:
“园、平、直、缓、少”,(3)减小窑内料垛对烟气流动的阻力,
(1)减小hk,1.2.3end,55,3.2.3压头转换-用压头转变图表示,约定:
上游为“1-1”截面,下游为“2-2”截面,根据二流体伯努利方程:
hge1+hs1+hk1=hge2+hs2+hk2+hL,(1-2),用压头转变图来表示压头之间的转换,+,-,h1,H,h2,56,
(1)hgehs,热气体在截面积
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