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1、通风除尘与物料输送,沈阳师范大学粮食学院 粮食工程系 主讲人：陈革,课程介绍,本课程主要涉及：,与粮食企业相关的通风除尘与物料输送基础知识和应用技术,通风除尘：,采用合适的装置，有效地组织空气流动，控制和收集生产过程中产生的粉尘以创造良好的生产和生活环境，保护大气环境。,物料输送，包括气力输送和机械输送两种形式。,气力输送：,采用一定的装置，利用一定的速度空气输送物料，以满足生产工艺的要求，保证连续性生产。简称为“风运”。,机械输送：,应用一系列机械输送装置，完成物料的提升和定向输送，既减轻工人的劳动强度，又满足生产工艺要求，保证连续性生产。,课程介绍,本课程相关的基础知识：,空气流动的流体力
2、学原理,通风机,机械原理与机械结构,本课程的特点：,应用性强。 需要掌握通风除尘与气力输送系统的设计计算、机械输送设备的选型计算查表或设计手册。（有开卷考试）,掌握通风除尘与气力输送装置、机械输送设备的操作与运行管理等相关应用技能。,第1章 空气流动的流体力学原理,与空气流动有关的流体力学基础知识 空气的性质 空气流动的基本方程 空气流动的阻力和能量损失计算 空气流动的基本参数测试技术等。,重点！,第1章 空气流动的流体力学原理,1.1 流体及连续性介质模型,1.1.1 流体,液体和气体是在任何微小切应力的作用下都能够发生连续变形，具有易变形性或易流动性。因此液体和气体统称为流体。,气体没有一
3、定的体积，不存在自由表面，具有显著的压缩性和膨胀性； 液体具有一定的体积，有自由表面，一般情况下不具有压缩性和膨胀性。,第1章 空气流动的流体力学原理,1.1 流体及连续性介质模型,1.1.2 连续性介质模型,空气是由大量的分子组成的。,在流体力学中，忽略空气分子间的间隙，将空气看成是由无限多、连续分布的流体微团所组成的连续介质。流体微团也可称为流体质点。,1755年欧拉提出的“连续介质模型”,当把流体看作连续介质后，表征流体宏观运动的宏观物理属性的物理量在空间和时间上也都是连续分布的，连续函数。 可用解析函数等诸多数学工具去研究流体的平衡和运动规律，为流体力学的研究提供了更大的方便。,从宏观
4、角度研究工程问题,从微观角度分析,工程实践证明是可行的,第1章 空气流动的流体力学原理,1.2 空气的基本性质,1.2.1 空气的密度和重度,1.密度,单位体积空气所具有的质量称为空气的密度，用符号“”表示。,非均质空气 ：,M：空气的质量，kg,V：空气的体积，m3,：空气的密度，kg/m3,均质空气 ：,第1章 空气流动的流体力学原理,1.2 空气的基本性质,1.2.1 空气的密度和重度,2.重度,单位体积空气所具有的重量为空气的重度，用符号“”表示，单位为N/m3。,密度与重度的关系：=g,g：重力加速度，m/s2，一般取9.81 m/s2。,在国际单位制中，重量的单位为N， 所以重度的
5、国际单位制是N/m3 ； 在工程单位制中，重量的单位为kg，所以重度的工程单位制是kg/m3。,第1章 空气流动的流体力学原理,1.2 空气的基本性质,1.2.2 空气的温度和湿度,1.温度,温度是标志空气冷热程度的物理量。,温度的表示常采用摄氏温标和绝对温标两种方法,摄氏温度（t）和绝对温度（T）之间的换算关系： T=273+t（K）,摄氏温标表示的温度即摄氏温度，单位为0C，用字母t表示； 绝对温标即热力学温标（绝对温度），单位为K，采用大写字母T表示。,何时用到绝对温度？,第1章 空气流动的流体力学原理,1.2 空气的基本性质,1.2.2 空气的温度和湿度,2.湿度,空气中水汽的含量称为
6、空气的湿度。,空气的湿度有绝对湿度和相对湿度两种表示方法。,相对湿度：在一定条件下，空气的含水量趋于其饱和含水量的程度。,绝对湿度：单位质量或单位体积空气中所含水汽的质量，单位kgkg或kgm3。,空气的相对湿度一般在3080之间。 相对湿度的数值高于80时为高湿度空气，低于30时为异常干燥状态。,工程上，一般采用相对湿度表示空气的含湿量。,空气中的水汽含量有一最高含量,第1章 空气流动的流体力学原理,1.2 空气的基本性质,1.2.3 空气的压强,定义：空气垂直作用于容器壁面上单位面积的力。,说明： 通风工程中所说指的压力就是通常物理学中所指的压强，即空气垂直作用于管壁单位面积上的压力。,压
7、强大小与何因素有关？,p：压强，Nm2或Pa,F：垂直作用于管壁的合力，N,A：管壁的总面积，m2,从分子运动来考虑,第1章 空气流动的流体力学原理,1.2 空气的基本性质,1.2.3 空气的压强,1.压强的单位,工程上用kgfm2,（1）应力单位,（2）液柱单位,（3）大气压单位,用单位面积的力来度量，Nm2或Pa。,用液柱高度来度量，如毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O）。,用大气压来度量，如物理大气压（atm）、工程大气压（at）。,相互的换算关系为：,1 kgm2=9.81 Nm2=9.81Pa,1mmHg=13.6mmH2O 1mmH2O=1 kgm2,1atm=10336
8、kgm2=10336 mmH2O =760 mmHg 1at=10000 kgm2=1 kg/cm2=10000 mmH2O =9.81104Pa =736 mmHg,工厂里常说的压力单位,第1章 空气流动的流体力学原理,1.2 空气的基本性质,1.2.3 空气的压强,2.压强的表示方法,真空度=大气压-绝对压强,（1）绝对压强以绝对真空为基准度量的压强，其值为恒为正。 （2）相对压强以当时、当地大气压为基准度量的压强。 （3）真空度当绝对压强低于大气压强时，其绝对压强小于大气压的那部分数值。,压力表读出的数值一般为相对压强，也称为表压。,第1章 空气流动的流体力学原理,1.2 空气的基本性质
9、,1.2.4 流体的黏性,1.流体的黏性,温度对液体、气体的影响有何不同？,由于流体分子间的相互作用，流体内部存在着阻碍流体质点间相对运动的性质。,液体产生黏性的主要原因是液体分子间的吸引； 气体产生黏性的主要原因是气体分子的热运动。,黏性产生流体中的内摩擦力大小可根据牛顿内摩擦定律来计算：,dudy：垂直于速度方向的速度变化率，ls,A：流层间接触面积，m2,：黏度或称动力黏度，Pas,T：黏性切向力或内摩擦力，N,第1章 空气流动的流体力学原理,1.2 空气的基本性质,1.2.4 流体的黏性,2.影响黏性的因素,流体的黏性受压强和温度的影响。,压强的影响： 在通常的压强下，压强对流体的黏性
10、影响很小，可忽略不计。在高压下，流体（包括气体和液体）的黏性随压强升高而增大。,温度的影响： 流体的黏性受温度的影响很大，而且液体和气体的黏性随温度的变化是不同的 。,第1章 空气流动的流体力学原理,1.2 空气的基本性质,1.2.5 空气的压缩性和膨胀性,膨胀性：在一定压强条件下，流体的体积随着温度变化而变化的性质； 压缩性：在一定温度条件下，流体的体积随着压强变化而变化的性质。,空气密度与温度和压强的关系：,R：气体常数，对于空气R=287Nm/（kgK）,T绝对温度，K,：空气的密度kgm3,P：空气的绝对压强pa,热力学中的状态方程条件： 在压强不过高（p253K）。,第1章 空气流动
11、的流体力学原理,1.2 空气的基本性质,1.2.5 空气的压缩性和膨胀性,随着压强和温度的变化，液体的密度仅有微小变化， 在大多数情况下，可忽略。 密度为常数的流体就是不可压缩流体。,随着压强和温度的变化，气体密度变化性大。气体的密度不能作为常数。 密度随温度和压强变化的流体则为可压缩流体。,对于一般的通风和气力输送风网，空气可按不可压缩流体处理； 对于高真空气力输送、气力压运输送风网，空气的流动则多看作可压缩气体。,在实际工程中，要不要考虑流体的压缩性，要视具体情况而定。,为了通风计算或通风设备参数的表示有一个统一的标准，在通风工程定义了标准空气。,标准空气密度=1.2kgm3。,第1章 空
12、气流动的流体力学原理,1.3 空气管流的有关概念,1.3.1 稳定流与非稳定流,流场中各点上流体的流动参数的不随时间而变化，这种流动就称为稳定流。,空气在管道中的流动,流场中流动参数全部或其中之一随时间变化而变化，这种流动就称为非稳定流。,稳定流,非稳定流,在通风除尘网路中，如果网路阻力、风机转速均不变，空气的流动可视为稳定流动。 在气力输送网路中，如果提升管的输送量不变，管内空气流动也可以视为稳定流动。,第1章 空气流动的流体力学原理,1.3 空气管流的有关概念,1.3.2 迹线与流线,迹线：是流场中流体质点在一段时间内运动的轨迹线。,流线：是流场中某一瞬时的一条空间曲线，在该线上各点的流体
13、质点所具有的速度方向与该点的切线方向重合。,每个质点都有一个运动轨迹，所以迹线是一簇曲线。,流线一般不能相交也不能是折线，只能是一簇不相交的光滑曲线或直线。,流速大小可由流线的疏密程度而定,在稳定流动中，各质点的速度不随时间而改变，故流线其形状也不会随时间发生变化； 在非稳定流动中，流线的形状要随时间发生变化，不同的时刻通过同一点的流线形状不同。,第1章 空气流动的流体力学原理,1.3 空气管流的有关概念,1.3.3 流管、流束与总流,流场中画一条封闭的曲线。经过曲线的每一点作流线由这些流线所围成的管子称为流管。,过流断面无限小的流管称为微小流管。 无数微小流管的总和称为总流。,稳定流时流管不
14、随时间而变化。流管就像真实管子一样。,充满在流管中的运动流体（即流管内流线的总体）称为流束。 垂直于流束的横断面称为过流断面。,第1章 空气流动的流体力学原理,1.3.4 空气管流的流动状态与流速分布,1. 层流、紊流,层流：流体在管流中以较低速度沿管轴方向流动时，流束之间或流体层与层之间彼此不相混杂，质点没有径向的运动，都保持各自的流线运动的流动状态，称为层流运动。,紊流：当管道中流体速度较高沿管轴方向流动时，流体质点在管流的径向上也得到了附加速度，流动发生了混合，层流被破坏，流动状态发展为紊流，称为紊流运动。,英国科学家雷诺在1883年通过大量实验首先发现_（演示）,第1章 空气流动的流体
15、力学原理,1.3.4 空气管流的流动状态与流速分布,1. 层流、紊流,雷诺数Re的大小是判断流动类型的准则数,雷诺数是一个无因次量，一般通风工程取Re=2320作为判断管道中流动状态的标准，即：,第1章 空气流动的流体力学原理,1.3.4 空气管流的流动状态与流速分布,2. 层流与紊流管流的速度分布规律,层流流动状态的速度分布,紊流流动状态的速度分布,层流流动状态的速度分布,紊流流动状态的速度分布,第1章 空气流动的流体力学原理,1.3.5 有效断面、流量与平均流速,1.有效断面,是指与微小流束或总流各流线相垂直的横断面。,对于流线呈平行直线的情况下，有效断面为与流体运动方向垂直的横断面。,2
16、.流量,单位时间内流体流经有效断面的流体量,体积流量（Q）、质量流量（M）和重量流量（G）,对于通风工程，常用体积流量表示流量，即风量。(m3/h ),（m3/s）,（kg/s）,（N/s）,第1章 空气流动的流体力学原理,1.3.5 有效断面、流量与平均流速,3.平均流速V,根据体积流量相等原则确定的平均流速,由于流体有粘性，任一有效断面上各点速度大小不等。,体积流量，m3s,有效断面的面积，m2,有效断面的平均流速，ms,第1章 空气流动的流体力学原理,1.3.5 有效断面、流量与平均流速,3.平均流速V,例题 通风机的风量为2000m3s。若风管直径d=200mm。试计算流体的平均流速，并将体积流量换算成质量流量和重量流量。（空气=1.2kgm3）,解：（1）计算平均流速,（2）计算质量流量,（
