硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)第一章第1頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章一、不可壓縮氣體的流動（一）氣體從窯爐內(nèi)的流出和吸入1、氣體通過小孔的流出和吸入靜壓頭轉(zhuǎn)變?yōu)閯訅侯^，使壓強(qiáng)降低、速度增加．ⅡⅡw1ρ1P1F1zⅠⅠFw2,ρ2P2,F2第2頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章流出氣體在慣性作用下，氣流會發(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，共104頁，2023年，2月20日，星期一

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

？

w1ρ1P1F1zⅠⅠFw2,ρ2P2,F2第4頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章列Ⅰ-Ⅱ間伯努利方程，計(jì)算：第5頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章第6頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章第7頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(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（P13）。***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，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章

第9頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章Question：小孔為其它形狀

？

形狀大小第10頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章2、氣體通過爐門的流出和吸入***沿爐門高度上的靜壓頭的變化對氣體流出和吸入量有影響。單位時間內(nèi)通過微元面積dF的流量，為：dF爐門第11頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章

窯底與z間的伯努利方程為：第12頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備

第一章

第14頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一總結(jié)】小孔爐門第15頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一試一試】其它形狀爐門情形如何計(jì)算?

?第16頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)P6，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。？？？、浮力看成重力，重力作用明顯，浮力可忽略時，上部小、下部大。浮力作用明顯，重力可忽略時，上部大、下部小。第17頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一例題1-10某窯爐的窯墻厚為240mm,上下各有一個直徑為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)零壓面在兩個小孔垂直距離的中間。求通過上下兩個小孔的漏氣量。1122001m0.5m厚240mmΦ200mm第18頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一（1）解：第19頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一第20頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一第21頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一第22頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一根據(jù)P6，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23頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一第24頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一解法3第25頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(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，冷氣體自下而上流動。問題：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？

ⅠⅠⅡⅡab第26頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(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：氣流自上而下流動時，則：

第27頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章氣流自下而上流動時，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：ⅠⅠⅡⅡ第28頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章a、b通道溫度分布均勻的條件是：氣體自上而下流動時：氣體自下而上流動時：通道內(nèi)的幾何壓頭和阻力損失相等。所以第29頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章分析兩種情況：？？？第30頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

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

幾何壓頭為推動力原因：P6第31頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章②熱氣體自上而下流動時：

假若1幾何壓頭為阻力第32頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一①冷氣體自下而上流動時：②冷氣體自上而下流動時：垂直分散氣流法則：垂直通道中，使熱氣體自上而下流動，

冷氣體自下而上流動。課下自學(xué)內(nèi)容

ⅠⅠⅡⅡⅠⅠⅡⅡ第33頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一分散垂直氣流法則適用條件熱工過程與設(shè)備幾何壓頭起主要作用的通道第34頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章1.2窯爐系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動不可壓縮氣體的流動可壓縮氣體的流動氣體射流熟練掌握了解了解自學(xué)第35頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一伯努利方程的適用氣體：不可壓縮氣體、穩(wěn)態(tài)、等溫（e=0）流動二、可壓縮氣體的流動可壓縮氣體能量方程：可壓縮氣體怎樣做能量的換算？第36頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一可壓縮氣體是否有伯努利方程？第37頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

可壓縮氣體絕熱流動的伯努利方程：—絕熱指數(shù)單原子氣體，雙原子氣體（包括空氣），多原子氣體（包括過熱蒸汽）第38頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

第39頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一例題1-11為獲得較高空氣流速，使煤氣與空氣充分混合，采用高壓空氣流經(jīng)圖示氣體噴嘴，在1、2界面測得高壓空氣壓強(qiáng)分別為P1=12at，P2=10at（1at=98070Pa），1處流速w1=1000m/s,溫度t1=27℃，求噴嘴出口速度w2為多少？。1122第40頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一例題解第41頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

可壓縮氣體流動與不可壓縮氣體區(qū)別顯著。不可壓縮流動時，只有熱交換才能引起流體溫度變化；但可壓縮流動時，溫度可隨流速而變。靜止溫度Ts下，流速增加，溫度降低可壓縮不可壓縮氣體的區(qū)別，可用于選擇或天空或判斷第42頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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）音速聲音來源于物體振動，該振動會引起介質(zhì)壓強(qiáng)和密度的微弱變化，這種微擾動在介質(zhì)中依次傳播，就是聲音的傳播過程。第43頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

考察聲波在氣體中傳播時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程（等熵，q=0）即等熵時：第44頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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45頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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46頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

氣體流動可根據(jù)Ma大小來分類Ma＜＜

1，不可壓縮流動Ma＜

1，亞音速流動Ma≈1，跨音速流動Ma＞1，超音速流動第47頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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，氣流中的音速大小取決于氣流速度。第48頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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。可壓縮流體，可壓縮不可壓縮氣體的對比，可用于選擇或天空或判斷第49頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

可見：Ma＞1（超音速流動）時，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）時，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，ｄＦ＝０，對應(yīng)臨界斷面。第50頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

（二）可壓縮氣體通過漸縮噴嘴流出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51頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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52頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

理想氣體焓：第53頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

絕熱過程：由絕熱方程：由：第54頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

由：***實(shí)際：第55頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

2、極限速度和臨界速度（1）極限速度討論：第56頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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，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57頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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58頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

由絕熱方程：問題：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59頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

**臨界速度等于當(dāng)?shù)匾羲俚?0頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

mwABC(wcr)D(wmax)EF(mmax)G擁塞效應(yīng)第61頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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62頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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63頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

第64頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一ABD(wmax)EmwGmmax第65頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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，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66頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

狀態(tài)方程：絕熱方程：**dw〉0，則dP、dρ、dT均〈0（2）

（3）

改書上錯第67頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

狀態(tài)連續(xù)性方程：（4）

（4，）

第68頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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69頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

漸縮噴嘴對應(yīng)滯止壓強(qiáng)不需過高。P22拉伐爾噴嘴對應(yīng)滯止壓強(qiáng)要高于臨界壓強(qiáng)。實(shí)際操作時：第70頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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71頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

第72頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

第73頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

第74頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

第75頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一第76頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一

熱工過程與設(shè)備第一章1.2窯爐系統(tǒng)內(nèi)的氣體流動不可壓縮氣體的流動可壓縮氣體的流動氣體射流熟練掌握了解了解自學(xué)第77頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

三、氣體射流射流：氣體脫離了原來限制它流動的管道，不再受固體壁面的限制，而在空間連續(xù)擴(kuò)散流動。(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，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，在管嘴出口處形成湍流射流。第78頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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，射流要受到空

間的部分限制。研究射流規(guī)律目的：P27第79頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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80頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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81頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一湍流：氣體橫縱向流動，噴出氣體則與周圍空氣不斷摻和，交換能量、動量，一起向前流動。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82頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一轉(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83頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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84頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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軸動量不變、動能減小。（2）自由射流的流動特點(diǎn)①自由射流可近似認(rèn)為是一維流動。③自由射流內(nèi)各截面上速度分布有相似性第85頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一M開始段主段Rx1Rx2第86頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)折截面外邊界內(nèi)邊界M邊界層開始段主段壓強(qiáng)P動量mw流量V動能中心速度第87頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

2、自由射流中各運(yùn)動參數(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)改錯第88頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

②射流半徑Rx

主段

第89頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

③軸心速度wc

動量守恒主段

第90頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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91頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

（2）開始段開始段

轉(zhuǎn)折面

主段①核心區(qū)長度L（開始段的長度）

第92頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(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93頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備第一章

核心區(qū)流量

④體積流量

邊界層內(nèi)流量

總體積流量

第94頁，共104頁，2023年，2月20日，星期一熱工過程與設(shè)備