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1、第二节 窑炉系统中不可压缩气体的流动,一、气体从窑炉内的流入和流出 二、分散垂直气流法则 三、 引导气体流动的设备烟囱,一、气体从窑炉内的吸入和流出,当正压操作时，P1Pa ,气体从窑炉内流出。,当负压操作时, P1Pa, 气体从窑炉内吸入。,1、气体通过的小孔流出和吸入 计算目的：求解气体排放量和吸入量,如图一炉墙，在炉墙上开有一小孔。 当气体从较大空间突然通过小孔向外逸出时，由于惯性作用，气体会发生收缩，在小孔处形成一最小截面. 这种现象称为“缩流” 若炉墙厚时，缩流截面可能发生在炉墙内 若炉墙薄时，缩流截面可能发生在炉墙外 令小孔截面积为F ， 最小截面面积为F2,A)流出情况（即正压操
2、作时）,即：,取炉内截面为1-1。最小截面为2-2,列1-1与2-2两截面之间的二气流 的柏努利方程,分析：取小孔中心线所在的水平面为基准面。则：,动压头：,静压头：,几何压头:,阻力损失,将各项代入，则伯努利方程 变为,所以,则,所以:,则,注意三个系数：见书上表1-3(13页）,即：,A)吸 入情况（即负压操作时）： 计算方法相同,吸入量为,其中，a为炉外冷空气的密度。,炉门与小孔区别为炉门内的压强随高度而变化。 在炉门中心线上取一微元体dz 则微元体面积为：dF = B dz，,2、气体通过炉门的吸入和流出 A) 气体通过炉门的流出（炉内正压） 如图。设炉门高为H，宽为B,设炉门中心线距
3、离零压面的高度为z，炉门下边缘距零压面高度为z1，炉门上边缘距零压面高度为z2,取z为常数，则,运用前面的公式，可得,代入上式，得：,取 zm =(z1 + z2 )/2，即炉门中心线距零压面的距离； 而 H = z2 z1，故 z2 = zm + H/2，z1 = zm - H/2,据牛顿二项式,令 H/(2zm)1, 则,最后得到：,B) 气体通过炉门的吸入(炉内负压),结论：正压操作时-气体从炉内往外流， 负压操作时-气体从外往炉内流,同理,二、分散垂直气流法则,窑炉内分散垂直通道要求温度分布均匀，那么，怎么才能够使温度分布均匀呢？分散垂直气流法则回答了这个问题。 分散垂直气流概念: 指
4、一股气流在垂直的通道内被分成多股平行的小气流,分散垂直气流法则适用范围： 适用于几何压头起主要作用的通道内（如倒焰窑）。 若通道内的阻力很大（如立窑），此法则不再适用。,分散垂直气流法则： 在分散垂直气流通道内， 热气体应自上而下流动，才能够使气流温度分布均匀； 冷气体应自下而上流动，才能够使气流温度分布均匀。,法则分析：如图,对于通道a,静压头：,取1-1为基准面,几何压头:,阻力损失,将各项代入，则柏努利方程 变为,动压头：,1、 假设一股热气流被分成两股气流,在a.b垂直通道内自上而 下流动. 取有效断面1-1与2-2，两截面之间的二气流的柏努利方程,同理对于通道b,要使温度分布均匀，必
5、须满足a、b通道内静压差相等,即,该方程为气流自上而下流动时的温度分布均匀条件,对于通道a,取1-1为基准面,几何压头:,2、 假设一股冷气流被分成两股气流，在a.b垂直通道内自下而上流动。取有效断面1-1与2-2，列二气流的柏努利方程,静压头：,阻力损失,动压头：,将各项代入，则柏努利方程 变为,同理,要使温度分布均匀，必须满足a、b通道内静压差相等,即,该方程为冷气流自下而上流动时的温度分布均匀条件,结论：保证a、b通道温度分布均匀条件,法则的应用： 假定由于某种原因使ta tb ， 则a hge2b,（1）、若使热气体自上而下流动，则几何压头相当于阻力，所以a通道阻力大，使得Va Vb
6、，因而a通道内的热气体越来越多，ta就越来越高，从而导致a、b温度分布更加不均匀。,因此： 热气流只有自上而下流动，才能保证a、b通道温度分布均匀条件； 冷气流只有自下而上流动，才能保证a、b通道温度分布均匀条件（自行分析）,三、 引导气体流动的设备烟囱,1、烟囱底部负压与窑炉内系统阻力的关系,列1-1与2-2之间的柏努力方程,静压头：,取1-1为基准面，则,将各项代入，则柏努利方程 变为,所以，为了克服烟气流动时的阻力，烟囱底部必须产生一定的负压。,2、烟囱产生抽力的原因 2-2 与3-3之间列的柏努力方程,3-3为零压面,分析：,取3-3为基准面，则,将各项代入，则柏努利方程 变为,由于(
7、hk3 hk2 )0，hl(2-3 )0，所以为了使-hs1 0，必须使hge2达到一定值，即烟囱要有一定的高度，才能使烟囱产生抽力。,其中，hge2为位能增量，(hk3 hk2)为动能增量。 从该式中可以看出：最大的抽力为:,分析：,3、烟囱的热工计算,1）、根据有关资料及条件，确定 排烟量Q 由系统阻力与动、位能增量得底部抽力hs1 ，并考虑安全系数，取k=1.31.5 烟气温度等，如烟囱底部温度T1 2）、确定烟囱的顶部出口直径 dT,自然通风：通常取wT =24Nm/s 人工排烟：通常取wT =815Nm/s,4）、烟囱高度的确定: 由公式：,3）、确定烟囱底部直径 dB,这里估算烟囱高度H为：,K为储备系数，k=1.21.3,（*）,得：,4、几点说明,1）、为保证烟囱在任何季节都有足够的抽力，计算时应取夏季最高温度时的空气密度； 2）、如当地空气湿度较大，计算时必须用湿空气的密度； 3）、如地处高原或山区，需要考虑当地大气压的影响； 4）、几座窑合用一烟囱，各烟道应并联，并防止相互干扰。计算时hs 应按阻力最大的窑来计算：hs = k(hL)max ，烟气量应取几座窑的总烟气量：,5）、考虑环保等方面的要求。,
