气体力学在窑炉中的应用

静jing

气体力学在窑炉中的应用

内容：气体力学的基本理论及其气体力学在窑炉系统中的应用。

气体粘度h与温度的关系是什么？粘度的两种表示法和两者的关系？

T↑h↑，动力粘度μ，运动粘度ν，两者关系：ν=μ/ρ

气体的密度随压力、温度要发生变化，即具有膨胀性和压缩性，它们分别用什么表示？何谓体积弹性模数？

膨胀性βT压缩性βP体积弹性模数：βP的倒数

何谓多变过程?理想气体的多变过程参数之间的关系是如何表示的？

多变过程：在有热量传递的条件下，气体膨胀或压缩的过程。

PV^n=P/ρ^nTV^(n-1)=Tρ^(1-n)T^nP^(1-n)=常数

窑炉系统内气体的流动有何特点？

流动过程中常伴有燃烧，传热，传质以及某些化学反应。

不可压缩气体的流动和可压缩气体的流动形式有何区别和特点？试各举一例说明。

区别：ρ是否发生变化，传播速度不同。可压缩气体：Ma≈1或＞1；不可压缩气体：Ma?1

特点：不可压缩气体PTρ变化不大,可压缩气体Tρ变化大

举例：不可压缩气体：气体在窑炉内的水平流动，垂直流动，从孔口或炉门的流入或吸收

可压缩气体：窑炉中高、中压煤气烧嘴，气体通过渐缩管或拉伐尔管

掌握在各种特定条件下气体力学三大基本方程(质量方程、动能方程和能量方程)的具体形式，并会应用。

质量方程：m=ρ_1ω_1F_1=ρ_2ω_2F_2

动能方程：→伯努力动能方程hS_1+hge_1+hk_1=hS_2+hge_2+hk_2+hl_(1-2)

能量方程：ΣF=m(ω_2〖-ω〗_1)及其应用

掌握二流体伯努利方程的形式、各项的物理意义（各种压头的意义、转换规律）、适用条件。

hs_1静压头→窑内气体的表压强


hge几何压头→窑内气体受到重力和浮力之和的位能


hk动压头→窑内气体的动能


了解将窑炉系统实际气体流动简化为不可压缩气体流动的方法和条件。


条件：温度变化不太大，气体的密度变化不超过20%；简化方法：伯努力方程


了解研究可压缩气体流动规律思路（不要求计算）、相关概念。


通过研究气体流速与声速的接近程度来判断是否可压缩→利用动能量方程


烟囱作用是什么？其底部负压从何而来？掌握烟囱的工作原理。


自然排烟；工作原理：烟囱中的热烟气受到大气浮力的作用，使之由下而上的自由流动，在烟囱的底部形成负压。


动量方程与能量方程比较，在应用上有何特点？


动量方程可以解决气体系中因密度发生变化的进出口压强差，应用上的特点：可以不用研究其过程只根据界面上的气体参数进行流动计算。


分散垂直气流运动法则表示了什么？在何条件下适用？


在分散垂直通道内，热气体应当自上而下的流动才能使气体温度均匀分布，同样，冷气体应当自下而上的流动。应用条件：几何压头起主要作用的通道内。


可压缩气体的流动与音速有何关系，为什么说要研究可压缩气体的流动必须首先了解音速？


a↑可压缩程度↓可压缩气体的流动性由流速接近音速的程度而定


何谓马赫数？有何作用？根据马赫数大小，气体流动分为哪几类？


Ma=ω/aω表示某一断面处气体的流速a当地音速


Ma?1不可压缩流动a'≈aa'=a(1-Ma)


Ma<1亚音速流动a'>0


Ma≈1跨音速流动a'≈0


Ma>1超音速流动a<0（后两者为声波不能逆流传播）


何谓滞止状态？滞止参数？


流速为零的状态；滞止状态的参数标以下标S


渐缩管与拉伐尔管有何区别（从结构和气体流出特点回答）？拉伐尔喷嘴出口流速达到超音速的条件是什么？


渐缩管：结构(半径减小)气体流出特点(V=a)


拉伐尔管：结构(半径增大)气体流出特点(V达到超音速)


第二章传热原理


本章的重点传导传热、对流换热和辐射换热的基本概念、特点及有关的传热计算


要求：


热流密度：


热流量：单位时间内通过单位面积传递的热量


温度场：物体内部传热时，某一瞬间物体内部所有各点温度分布情况


温度梯度：温度差?t对于沿法线方向两等温线之间的距离?n的比值的极限


稳定传热：发生在稳定温度场内的传热


不稳定传热：当外界热作用随时间而变时，维护结构内部的温度和通过维护结构的热流量亦将发生变化的传热过程


导热过程基本定律——傅立叶定律


导热中，单位时间内逐渐通过单位面积的热量与温度梯度成正比q=-λ?t/?x(一维中)


应用热阻概念分析计算多层壁面和复杂壁面的导热问题


4.导热问题的分析方法：即用导热微分方程求解温度场后（即求出温度梯度），由傅立叶定律计算导热量→欧姆定律。


5.对流换热的概念、特点及分类


对流换热：流体和固体壁面直接接触时彼此之间的换热过程；特点：1必须直接接触2存在温差3宏观运动4导热和热对流同时存在；分类：自然对流换热强制对流换热


6.自然对流换热：流体通过自然对流而进行热量交换特点：流体自由运动动力是浮升力、阻力是粘性力


强制对流换热：通过施加外界力迫使流体运动而进行热量交换特点：流体被迫运动惯性力是粘滞力


7.单值性条件的作用及种类


几何条件物理条件边界条件时间条件作用：建立准数方程解决对流换热问题


8.相似准数及准数方程的概念


9.几种常用相似准数的物理意义及作用


①Nu准数努谢尔特准数?换热强度与边界层中温度分布之间的关系Nu=al/λ


②G准数葛拉晓夫准数?浮升力和惯性力的比值Gr=gl^3/v^2


③Pr准数普朗特准数?温度场与速度场的关系Pr=v/a


④Re准数雷诺准数?惯性力与粘性力的关系(强制对流中应用)Re=ρωl/μ


10.定性温度和定性尺寸的概念及作用。常用相似准数采用那些定性尺寸？


定性温度：决定准数中物性参数数值的温度


定性尺寸：决定准数中物性参数数值的尺寸


圆管?直径d非圆形管?当量直径de横向掠过单管或管簇?管子外径纵向掠过平壁?沿流动方向的壁面长度


11.沸腾换热：沸腾指液体吸热后在其内部产生汽泡的汽化过程称为沸腾。


凝结换热：蒸汽在凝结过程中与固体壁面发生的换热


12.牛顿冷却定律的物理意义及应用。


对流换热的热流与流体和固体壁面之间的温差成正比应用：研究对流换热的问题


13.对流换热量问题的分析方法是什么？相似分析法的基本思路是什么？


14.辐射换热：通过有热效应电磁波进行能量交换；特点：1不需要介质2具有方向性3与T和λ有关；影响因素：T^4黑度A物体的尺寸形状相对位置


15.热射线：具有热效应的电磁波


16.辐射换热的热阻分为哪两种：空间热阻和表面热阻


17.黑体、白体、透热体的概念：黑体A=1白体R=1透热体D=1


黑体在热辐射研究中的意义：通过研究黑体的热辐射和吸收的性能，解决物体间的辐射换热计算


18.灰体的概念：具有连续的辐射光谱，并且在任何温度下所有各波长射线的辐射强度与同温度黑体的相应波长射线的辐射强度之比等于常数的物体特点:ε_λ=εE与T^4成正比


19.辐射力：单位时间内从物体单位表面积上向半球空间所辐射出去的总能量


单色辐射力：单位时间内从黑体单位表面上波长在λ附近的单位波长间隔内的辐射能


方向辐射力：表面dF_1在单位时间内，单位面积与表面法线n方向成φ角的P方向上单位立体角内所发射的能量。


20.投入辐射(G)：单位时间内投射到单位面积上的总辐射的能量


有效辐射(J)：单位表面积在单位时间内辐射出去的总能量


反射辐射(RG)：由于物体表面对辐射能的反射作用而产生的反射角等于入射角的外向辐射能量。


21.黑度定义：物体的辐射能力与同温度下黑体的辐射能力之比


影响物体黑度的因素：材料本身，表面状态，粗糙度，温度


22.角系数的概念：表示黑体向半球空间辐射的能量投射到另一黑体表面的百分数；影响因素：物体间的相对位置，表面积大小；性质：无因次数


23.导来黑度：角系数Q_(1-2)/Q_(1-0)表示黑体1发出的总能量投射到黑体2表面上的百分数


24.热辐射的基本定律：普朗克辐射定律、维圆偏移定律、斯蒂芬-波尔茨曼定律、兰贝特定律


25.辐射换热的分析方法


26．影响辐射换热的主要因素有哪些?削弱辐射换热的有效方法是什么?与黑度有关么?


因素：两个灰体的温度差，角系数和系统的导来黑度。T，黑度，吸收率A，物体的尺寸形状和相对位置等几何关系。


增强方法：提高高温物体的温度，增大低温物体的面积，采用较大黑度的材料


减少方法：降低低辐射物体的温度，减少辐射物的表面积，和系统的导来黑度，加隔热板。


27.温度对辐射换热和对流换热都有影响，哪个大些，依据是什么？


辐射换热大些，依据E=C〖(T?100)〗^4Q=a(T_2-T_1)F前者是四次方，后者是一次方


28.气体辐射的特点


气体辐射的特点：


1辐射能穿过透明介质


2辐射能穿过吸收性介质


3气体的辐射和吸收对波长具有选择性


4结构对称的对原子气体无辐射能力


5非对称的双原子气体有较小的辐射能力


6多原子气体有较大的辐射能力和吸收能力


29.火焰辐射的概念、火焰辐射与气体辐射有何区别？


燃料燃烧生成的火焰所具有的气体和固体颗粒辐射特性。


第三章燃料燃烧


理论空气量：理论上燃料中可燃组成完全氧化所需的空气量


实际空气量：实际燃料燃烧所用的空气量


理论烟气量：燃料与理论空气量完全燃烧后所得的烟气量


实际烟气量：燃料与实际空气量进行燃烧后所得的烟气量


空气过剩系数：a=Va/(V_a^0)


燃料：能通过化学或物理反应释放出能量的物质


燃烧：可燃物跟助燃物（氧化剂）发生的一种发光发热的剧烈的氧化反应.


燃料的组成:○1可燃性气体(H2COCnHm)○2固态炭


表示方法：○1固液CHONS及部分矿物质(A+M)元○2气


提高燃烧T的方法和途径：


1选用高发热量的燃料：如采用天然气


2适当控制空气系数：在保证完全燃烧的前提下,应采用较小的a值


3预热空气或燃料


4减少向外界散失热量：加强燃烧室或窑炉的保温


固体燃料燃烧机理(链式反应理论)：可燃气体→着火温度→链锁刺激物→链式反应


干燥的CO难于燃烧，而水汽的存在对于CO的燃烧有决定性的作用？CO燃料需要H、OH链锁反应的刺激物质，并且可以降低着火温度


2．热值：单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时所放出的热量。


高位热值：指燃料在完全燃烧时释放出来的全部热量，生成物中的水蒸汽凝结成水时。


低位热值：指燃料完全燃烧，其燃烧产物中的水蒸汽以气态存在时的发热量。


两者的区别：在于燃料燃烧产物中的水呈液态还是气态，水呈液态是高位热值，水呈气态是低位热值。低位热值等于从高位热值中扣除水蒸汽的凝结热。


闪点：可燃液体或固体能放出足量的蒸气并在所用容器内的液体或固体表面处与空气组成可燃混合物的最低温度。


燃点：将物质在空气中加热时，开始并继续燃烧的最低温度。


着火点：使物质能够持续燃烧的最低温度


燃烧温度、理论燃烧温度（绝热和完全燃烧时的烟气温度）、量热计式的温度（绝热和完全燃烧，并不考虑燃烧产物在高温下的分解时的烟气温度）


理论燃烧温度：假设燃料在绝热条件下以理论空气量完全燃烧时燃烧产物所能达到的温度。


10.常用基准的换算


隧道窑


主要内容：本章主要讲授隧道窑的工作原理与窑炉结构。


要求：


1.隧道窑的特点（优缺点）


2.什么是烧成制度，烧成制度对产品质量的影响以及影响烧成制度的因素


3.隧道窑的工作系统及其作用，隧道窑的分带及各带气体流向


4.窑炉系统气体主要由什么组成？在窑炉内流动有何特点？窑内码垛必须上密下稀，为什么？


5.隧道窑根据制品的烧制过程分为哪几带？各带长度确定的原则是什么？