气体力学基础.ppt

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1、,冶金炉 第一部分冶金炉热工基础l内容：流体 动量传递过程 包括流体流动（不可和可压缩流体流动）、（气体和气流）输 送 气体力学原理 燃料燃烧过程（包括气、液、固燃料燃烧）热量传递过程 固体的稳态和非稳态导热、流体与固体壁面的对流传热、固体和气体的辐射传热 传热原理 耐火材料（包括耐火和绝热材料）,冶金炉热工基础火法冶金设备（冶金炉和熔盐电解槽）,任务：研究传递过程、燃料燃烧和耐火材料的基本原理，典型设备的构造及工艺尺寸的计算和确定（或选型）；探索现成工程问题的最有效研究方法。性质：专业技术基础课（专业课和毕业设计的基础课）1 气体力学原理本章要点 l 气体平衡方程（静力学方程）及 其应用 l

2、 连续性方程及其应用 l 伯努利方程及其应用 l 气体流动的阻力损失计算,本章学习要求熟练掌握的内容 流体的主要物性（密度、粘度等）和压强的定 义、单位及其换算；表压和负压的概念；流体静力 学基本方程、连续性方程、伯努利方程及其应用；流体的流动类型、雷诺准数及其计算；流体流经管道 的阻力损失及其计算。流体具有如下特征：具有流动性；无固定形状（取容器形状）；在外力作用下其内部发生相对运动；气体力学的定义：研究气体静止和运动的力学规律及其在工程技术 中应用的一门科学。1.1 气体的主要物理性质和气体平衡方程式主要物理性质,密度和重度（1）定义 密度的定义：单位体积气体所具有的质量。密度符号；国际单

3、位：kg/m3 定义式：（平均）密度=m/V(1-1)其中 m：气体质量(kg);V：气体 体积(m3)重度的定义：单位体积气体 所具有的重量。重度符号；国际单位：N/m3 定义式：平均重度=G/V(1-2)其中 G：重量，N;V：体积（m3)密度与重度之间的关系：因为 G=mg 所以=g(1-3),（2）温度和压强对气体密度的影响 影响气体密度的因素 T Vt/Tt=V0/T0(P不变）V(质量一定时）P PV=P0V0（T不变）其中 下标0表示标准条件，即00C和101325Pa 温度和压强变化时密度的变化 当P不变时有 Vt=V0Tt/T0=V0(1+t)(1-4)和 t=0/(1+t)

4、(1-5)当P和T都变时有 Pt Vt/T t=V0 P0/T0(1-6)和 t=0 P0 Tt/(Pt T0)(1-7)因此 给出气体密度值时应同时标明温度和压强条件。一般温度升高气体的密度下降；压强增加气体的密度增大。（3）密度和重度大小的确定,/,（1）查图表 从书中附录和有关手册中查取。（2）公式计算 流体密度可用有关公式计算出。密度和重度的定义式：=m/V 和=G/V 适用条件：已知m、G和V 气体 混合物密度的计算公式：m=ai i（m=m/V=iv i/V=ai i)(3-4)(p8例1-5）适用条件：已知各组分密度i和体积分率ai的气体混合物 理想气体密度和重度计算公式：=0P

5、T0/(P0 T)=PM/(R0T)=0P/P0(1+t)kg/m3(1-8)其中 T=T0t,=1/T0=1/273 PV=nR0 T=mR0 T/M 即m/V=PM/(R0 T),K,R0:通用气体常数=8.314kJ/(kmol)=8314J/(kmol)=(8314/M)J/(kg.K)R=R0/M:气体常数，J/(kg.K)R0=MRPV=nR0T=mR0T/M PV/m=P=RT M：气体的摩尔质量 对空气，M=28.9kg/kmol,适用条件：低压和温度不太低的气体。其中 P、P0:分别为实际和标准条件下气体的压强，N；T、T0:分别为实际和标准条件下气体的温度，K 标准条件：T

6、0=273.15K(00C)273K P0=101325 N/m2 0 标准条件下理想气体的密度，kg/m3；0=M/22.4(1-9)对气体混合物M取加权平均值，即 M=Miyi,1.1.1.2（静）压强(1)定义：静止流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压 强，简称压强，习惯上称为压力。（总压力：作用于整个面上的压力。）定义式：p=P/f Nm-2(1-10)式中 f 作用面积,m2;P 垂直作用于面积上的力，Pa p 平均压强，N(当f0时，P/f的极限值则为 点压强）P(2)特性：f 垂直指向于作用面；气体内任一点各个方向的压强均相等。因 p x Ax=p n An cos=p

7、n Ax p n 故 p x=p n p x(3)单位及单位换算：单位 分国际单位和其他单位 国际单位（又称SI单位）：N/m2,称为帕斯卡（Pa)其他单位有：大气压（又分为标准大气压和工程大气压）、,流体柱高度和kgf/cm2等各单位换算关系：1atm(标准大气压)=101325 N/m2=760 mmHg=10.33mH2O=1.033kgf/cm2 1at(工程大气压)=98070 N/m2=735.6mmHg=10mH2O=1kgf/cm2（4）压强的表示方法：可用绝对压强和相对压强两种方法表示 绝对压强：以绝对真空(绝对零压)为起算基准的 压强 相对压强：以当地大气压为起算基准的压强

8、 正压或表压:绝压大于大气压时的相对压强（0)相对压强 负压:绝压小于大气压时的相对压强（0)零压：绝压等于大气压时的相对压强（=0)真空度:绝压低于大气压的压强部分或负压的绝对值 即 相对压强绝对压强大气压强 而 表压强(Pg)绝对压强(P)大气压强(Pa)(1-11)真空度(Pv)大气压强(Pa)绝对压强(P)(1-12),假如A、B的绝对压强如图1-4所示，A 表压强 则绝对压强、表压强和真空度三者 大气压线 的关系可表示与图1-4中 B 真空度 绝对压强 绝对压强 绝对零压线 图3-1 绝对压强、表压强和真空度的关系P6:例1-2 p7:例1-3，例1-4 p9:例1-6,1.1.1.

9、3 粘滞性(简称为粘性）（1）粘性定义：在两作相对运动的流体层接触面上，流体 产 生反抗此运动的内摩擦力(又称为粘性力）的特性称为流体的粘性。与固体相比的异同点：dy w+dw相同点：都产生反抗相对运动的摩擦力。F w不同点：固体静止时产生静摩擦力，流体 w 静止时不产生静摩擦力 图1-1流体粘性（2）产生粘性的原因：两个原因：分子间的吸引力（吸引力大小与分子间距离的平方成反比）；分子热运动造成分子间碰撞产生的作用力。（3）牛顿粘性定律：内摩擦力的大小与两流体层的接触面积和速度 梯度成正比。,内摩擦力计算公式（牛顿粘性定律公式）：F=f dw/d y 或=d W/d y(1-13)式中：F 内

10、摩擦力（粘性力），N；f 接触面积，m2;d w/d y 速度梯度，s 1；剪应力（粘性应力或动量通量），N/m2;比例系数，简称为黏度，Nsm 2，在CGS制中单 位为d y n scm 2或P（泊）或c P(厘泊），三者换算关 系：因 1 N=105dyn,1m2=104cm,故 1cP=10 2P=10 3 Nsm 2(Pa s)。适用条件：牛顿流体（粘性力变化满足式1-13规律的流体）,（4）黏度的物理意义、理想流体和运动黏度 黏度的物理意义：促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力 因为由牛顿粘性定律公式知：当 d W/d y=1 时=。理想流体：=0 的流体（非理想流体：=0 的流体)

11、问题：=0 流体一定是理想流体吗？答案:不一定。因静止流体（d u/d y=0)的也等于零。注：不能因此说静止的流体无粘性。因=0 的流体才无粘性。故只能说静止流体的粘性显现不出来。,a b 0 c d d W/d y 图1-2 牛顿流体与非牛顿流体的流变图 a 宾汉塑性流体 b假塑性流体 c牛顿流体 d涨塑性流体,运动黏度：=/m2s 1(1-14)（5）温度和压强对黏度的影响 流体产生粘性的原因是分子吸引力和分子热运动碰撞产生的作 用力。对液体前者是主要由于原因；对气体后者是主要原因。故温度升高，液体的黏度减小，气体的黏度增大；压强对液体的 黏度基本无影响，对气体的黏度有一定的影响，但通常

12、只在压强极高或极低时，才考虑压强变化对气体黏度的影响。故通常给出黏度时须注明温度 1.1.2 气体平衡方程主要内容：作用在气体上的力、气体平衡方程即气体静力学基本方程式及其应用 重点：等压面的应用和静力学基本方程式的应用 1.1.2.1 作用在气体上的力,类型：（1）质量力：作用在气体内每一质点上并与气体质量成正比的力，如重力和惯性力；（2）表面力：作用在气体表面上并与表面积成正比的力，如压力和粘性应力。1.1.2 气体平衡方程（静力学基本方程）式 气体平衡方程（静力学基本方程式）的含义：是用于描述在重力场作用下静止流体内部压强变化规律的数学表达式。用于描述绝对压强变化规律的称为单气体静力学基

13、本方程式，简称气体静力学基本方程式，用于气（液体）；用于描述表压强变化规律的称为双流体静力学基本方程式，多用于气体。单流体静力学基本方程式的推导及使用条件(1)方程推导 设有一静止气体体，从其中任意划出一垂直气柱如图13所示 P1、P2 分别为高度为H1及H2处的压强。p1 H p2,对垂直方向上作用于气柱上的力进行分析有：下底面所受的向上总压力：p2 f；上底面所受的向下总压力：p1 f；整个气柱的重量：Gg f(H1H2)若规定向上的力为正，向下的力为负,在静止液体中，上述三力之合力应为零，即：p2 fp1fg f(H1H2)0化简消除A，得 p2H2gp1H1g(115a)即 pHg 常

14、数(115b)因 H1H2H 则式(115a)可改写为 p2p1H g(115c)式(115a)(115c)1述了流体内部绝压沿高度变化的规律称为（单）流体静力学基本方程式。虽其是由气体推导出来但亦适用于液体。由式(115a)(115c)可看出气体内部绝压变化的规律是：H，P呈线性的减小，即上小下大；P与气柱高度H成正比，故 P可用气柱高度来表示；H同则P同，由P相同的点组成的面称为等压面。在重力场中，静止流体中的等压面为 水平面；两种流体的交界面为等压面,（2）方程的使用条件：重力场作用下的静止、连续和不可压缩流体 四者缺一不可 如图所示，判断等压面 气体 2 2 3 3 4 4 5 5 属

15、等压面的有：6 6 指示液 5 5 66 图1-6 等压面的判断 1.1.2.2 双流体静力学基本方程式 的推导及使用条件（1）方程的推导双流体静力学基本方程式，可由容器内气体和容器外大气的单流体静力学基本方程式导得。设大气的密度为，在同样高度上，容器外两截面上大气的单流体静力学基本方程式为：p1+H1 g=p2+H2 g在同样高度上，对容器内的流体有：p1+H1 g=p2+H2 g两式相减得：p1 p1,+H1g()=p2 p2+H2g(),即 p表1+H1g()=p表2+H2g()（1-16a）或 p表2=p表1+H g()（1-16b）式（1-16a）和（1-16b）都称为双流体静力学基

16、本方程式。他反映了气体内部表压沿高度变化的规律：当 时 表压沿高度的变化规律与绝压的完全一样。当 时 表压沿高度的变化规律与绝压的完全相反，即上大 下小炉膛压力（正压和负压）控制（2）使用条件：和单流体的一样。多用于热气体。对热气体式（1-16a）常写成以下形式：h静1+h位1=h静2+h位2（1-16c）其中 h静=P表，h位=Hg()（3）静力学基本方程式中各项的物理意义 p:静压强对单位体积气体所做得功，J/m3=N/m2 Hg:单位体积气体在高度H处所具有的位能，J/m3=N/m2 p表；相对压强对单位体积气体所做的功Hg()：在大气中单位体积气体在高度H处所具有的相对位能,1.1.2

17、.3 气体平衡方程（静力学基本方程式）的应用(1)应用时应注意的问题：截面：所取截面和基准面必须是水平面;基准面：a.基准面的位置高度规定为零.基准面以上 的截面 的 位置高度H 取正值;基准面以下的截面的位置 高度 H取负值.b.基准面可以任意选取,通常以位置更低的截面作为基准 面;截面须选在已知条件最多的地方，且应包含要求的 未知数。单位:各项单位要一致.（2）应用举例 p12例1-7，p13例1-8 此外还可用于液体和以下几个方面 例1-1测压 U形管压差计：构造 要求（对指示液和管径的要求）测压范围和测压原理 例1-2稳压和液封 例1-3稳流 例1-4远距离液位和密度测量,(1)U管液

18、柱压差计的结构如图17所示，它是一根内装 指示液的U玻璃管。指示液密度0必须大于被测 流体的密度，且两者不互溶和不发生化学反应。常用指 示液有：水、汞和四氯化碳等。为了消除 毛细现象的影响，U管径一般取5mm左右。图17 U型管压差计当需要测定两点压强差时，将U管的两端联接到被测点“1”与“2”上，并在U图17 U型管压差计 管指示液以上直至连接测点的空间，全部充满被测流体。当测点压强P1P2时，在U管中指示液将出现一液柱高差R。根据流体静力学原理，在连通流体内ab面为等压水平面，当1与2两点处于同一水平面时，则有：PaP1(m)g 和 P bP2mg0g 因为 PaP b 所以可得 P1P2

19、R(0)g 当被测流体为气体时，因指示液的0，故有(0)0即 P1 P2 R 0 g,例13稳流高位槽：为了使高位槽底部排出 的液体流量不随槽中液面的下降而减少，通 常可将高位槽上端密封，并于底部设置与大气相通的细管，如图所示，试说明其原理。解：当液体由D管排出时，使槽内空间形成真空。在大气压作用下，侧管内液面下降，直至B处时，空气将不断进入槽内。根据静力学方程，对B、C两点列静力学基本方程式可得：PChgPBP0(大气压)即 PCP0hg,例13附图 稳流高位槽 例14附图 远距离测液位装置 1调节阀，2鼓泡观察器 3U形管压差计，4吹气管 5贮槽对C、D两点列静力学方程可得：PDPCg H

20、0hggP0(Hh)g上式说明，只要液面不低于B，尽管液面随液体排出不断下降，但PD只与Hh有关，而Hh不变，故PD不变，因而流量也稳定不变。,例14 远距离测量液位：要求测量贮槽内的液位高度h，可使用如附图的装置，为了消除管路阻力的影响，控制很小的气流量，只要在观察器2中有气泡鼓出即可。试求U管压差计读数R与液面高度h关系。解：已知贮槽内液体的密度为，U测压管内指示液密度为0，通入的气体与两种液体均不发生反应并不溶解。根据静力学方程式有：PA=0gRP0 PB=g hP0因为气流在吹气管内流速很低和密度很小，管路阻力和气柱的压强可忽略不计，则PA=PB，故有h=0R/。选择适当的0值，可以较

21、方便地读出R值，求出液面高度h。若在上述装置中增加一垂直分支管，则可用来测液体的密度。先后分别用两支管测液体的液位有：h1=0R1/和 h2=0R2/故=0(R1 R2)/(h1 h2),例15 设有一炉膛内充满常压下温度为1627的静止炉气，炉气在标准状态下的密度为01.3kg/m3，炉外大气温度为27，0a1.293kg/Nm3，当炉门中心线处炉气静压头为零时，求U管中水指示液的读数R,若在此处炉壁开一孔会发生什么？解：应用式(14)求实际温度下炉气和空气的密度：已知h静10，取11截面为基准面，列双流体静力学方程有：h静2h静1Z2(a)g02(0.1851.18)9.8119.52Pa

22、,1.2 气体流动的动力学l本节要点 流量与流速、稳定流动与非稳定流动；流动类型与雷诺准数;连续性方程式（物料衡算式）柏努利方程式及其应用 1.2.1 流量与流速（1）流量 定义：单位时间内流过管道横截面的流体量称为流量。（横截面：与流向垂直的截面）类型：体积流量，以V表示，其单位为m3/S或m3/h。质量流量，以M表示，其单位为kg/s或kg/h(kgf/h)。质量流量与体积流量之间关系：MV=V0 0(1-17),(2)流速定义：单位时间内通过单位横截面积上流体的量类型：（体积）流速 w,m/s 其定义等同于单位时间内流体在流 动方向上所流过的距离 质量流速:kg/(m2s)注意，流量是一

23、种瞬时的特性，不是一段时间的累计量。实际上，流体在管内的流速沿径向而变化，管截面中心流速最大，管壁处流速为零。工程计算中，流体的流速常取平均流速，其表达式为：（体积平均）流速(118)f横截面积，m2；V 体积流量，m3s-1（质量平均）流速(119)两者之间关系：温度和压强对流量和流速的影响：,对质量流量和质量流速没有影响；对液体的（体积）流量和（体积）流速的影响可忽略不计；对气体的（体积）流量和（体积）流速的影响可表示为：当压强一定时为（1-20）（1-21）其中 TT0t273t，K，另 和（1-22）,圆管管径计算：设计步骤：（1）选取经验流速（2）计算管径（3）进行管径圆整 w d

24、设备材料费 阻力损失 操作费 经验流速：总费用最低附近的流速1.2.2 稳定流动与不稳定流动 稳定流动：流动参数不随时间而变；不稳定流动：流动参数随时间而变 1.2.3 流动类型与雷诺准数 图1 7 流动情况示 流动类型：层流（滞流）和湍流（紊流）层流：其质点作有规则的平行运动，各质点互不碰撞，互不混合 w平均=0.5w中心,雷诺实验示意图 湍流：其质点作不规则的杂乱运动，并相互碰撞，产生大大小小 的旋涡。w均=（0.750.85）w中心 雷诺准数的定义：Re=d当 wt t/t;准数：无单位 d当=4管道流通横截面积/流通截面周长=4f/s 雷诺准数的物理意义:Re=d当 wtt/t=w2t

25、 t/(t wt/d当)=惯性力/粘性力 流型的判断:Re2300 滞流;Re10000湍流;,1-3-5 边界层的概念边界层的形成 流体沿固体壁面流动时，由于粘性，近壁面的流体将受阻而降速，随着流体沿壁面向前流动，流速受影响的区域逐渐增大，从而形成了如图所示的速度分布。,边界层：理论边界层：自壁面处存在速度梯度的流体层。工程边界层：自壁面处流速为零至流速为0.99u0之间的区域。特点：边界层内，存在较大的速度梯度 摩擦阻力较大。边界层外(称为主流区)，速度梯度趋近于零，摩擦阻力可以 忽略，故可作为理想流体看待。边界层的发展 边界层按其流型仍有层流和湍流边界层之分。在平壁上的发展：层流（在壁面

26、的前一段）过渡流（离开平壁前缘若干距离后）湍流。其厚度也不断增加。即使在紊流边界层内，近壁处仍有一薄层，其流型仍为层流，称为层流底层。光滑平壁上流体边界层内的流型判别：层流边界层 Rex2105 紊流边界层 Rex3106 过渡区 2105Rex 3106 其中 Rex=x u0/x距平板前缘的距离。在圆管壁上的发展：,在入口段边界层逐渐扩大到管中心，特点：在汇合点之前有边界层内外之分，之后无内外之分；汇合点以后管内流体的流型只取决于汇合点处边界层的流 型即汇合点处是层流时，则以后的流动均为层流；汇合点 处是湍流时，则以后的管内流动为湍流。入口段的速度分布沿管长不断变化，至汇合点处以后的速 度

27、分布保持不变，称为完全发展了的流动。入口段（又称稳定段）：入口至汇合点间的管段。其长度工程上通常可取L0=(50100)d。注意 压强、速度等物理参数的测点应选择人口段之后。,边界层的分离当均速流体绕过圆柱体时，首先在前缘A点形成驻点，该处压强最大流体流向 A B流道 大 小流速变化 小 大压强变化 大 小 边界层处于增速减压状态，边界层发展与平板上的一样流体流向 B D流道 小 大流速变化 大 小压强变化 小 大边界层处于减速增压状态，此时，在剪应力消耗动能和逆压强梯度的阻碍双重作用下，壁面附近的流体速度将迅速下降，最终在C点处流速降为零。离壁稍远的流体质点因具有较大的速度和动能，故可流过较

28、长的途径至C点处速度才降为零。若将流体中速度为零的各点连成一线，如图中C-C所示，该线与边界层上缘之间的区域即成为脱离了物体的边界层。这一现象称为边界层的分离或脱体。,在C-C线以下，流体在逆压强梯度推动下倒流。在柱体的后部产生大量旋涡（亦称尾流），造成机械能损耗（称为形体阻力损失），表现为流体的阻力损失增大。由上述可知：（1）流道扩大时必造成逆压强梯度；（2）逆压强梯度易造成边界层的分离；（3）边界层分离造成大量旋涡，产生形体阻力损失，大大 增加机械能损耗。连续性（物料衡算）方程 对图1-16所示的稳定流动系统做物料衡算，得连续性方程：M1=M2 w1 f11=w2 f22=wf（1-23）

29、对不可压缩 流体 V=w1 f1=w2 f2=wf（1-24）圆管：,对分支管路 2 W2 M1=M2+M3 1对不可压缩流体 W1 3 2w1f1=w2f2+w3f3 1 3 W3 作用：求w或d P21例1-9 气体的能量（1）位压和位压头 位能：mHg=dV gH；位压：单位体积气体具有的位能即H g 位压头;同一高度上设备内气体位压与设备外大气位压的差值，即 h位=Hg()（2）静压和静压头 压力能:pfdl=p dV;静压：单位体积气体具有的压力能即p 静压头：同一高度上设备内气体的静压与设备外大气静压的差值 即 h 静=pp（3）动压和动压头 动压：单位单位体积气体具有的动能，即

30、w2/2 动压头：同一高度上设备内气体的动压与设备外大气静压的差值 h动=w2/20=w2/2,伯努利方程l 流动系统如图所示，设：w1、w2、p1、p2分别表示1m3流体 在截面1和2处的流速和压强H1、H2分别表示截面1和截面2中心到基准水平面的垂直距离。以1m3气体为基准作总能量 衡算：l 输入能量=输出能量 式（1-25）称为不可压缩实际气体定态流动过程的机械能衡算式，也叫做柏努利方程。,各项单位：J/m3=N/m2;h失 称为压降;P风称为风机全风压理想流体：h 失=0理想流体且无外功加入，由式（1-26）得(1-26)式（1-26）称为理想流体的柏努利方程式 当气体静止时w1=w2

31、=0，则式（1-26）变成 gz1+p1=gz2+p2双流体（冷热气体）柏努利方程（又称气体压头方程）柏努利方程式中的压强用绝压表示，未考虑大气压的影响。当 压强用表压表示时，因P2 P表2P2，P1P表1P1P表1P2(H2H1)g，代入(125)式可得：,或 h位1h动1h静1Hh位2h动2h静2h失(127)上式称为双流体柏努利方程式，常用于热气体的能量衡算。方程的应用应用柏努利方程解题要点：（1）画流程示意图，选截面确定衡算范围（2）确定基准水平面（3）列方程、确定各物理量数值,带入方程求解解题中注意事项：（1）截面应与流动方向垂直，两截面间流体应该是连续的。截面应选在已知量最多且包含

32、要求的未知量的位置上，以便于解题,。(2)基准水平面可以任意选取而不影响计算结果。为 了计算方便，常取较低的一个截面的中心所在的 水平面作为基准面。基准面上的H为零，基准面以 上截面的H取正值，基准面以下截面的H取负值。(3)方程中的H、P之值，一律取截面中心的值。方程 中的流速w一 律用该截面的平均流速。(4)出口两侧流体的压强相等。大截面（如大容器横 截面等）上气体的流速可近似取作零。(5)P风和流入项，h 失和流出能量项写在一起，与截 面标号无关。各物理量的单位必须一致。一般都 采用SI单位。应用举例：p28例1-10 p29例1-11 p31例1-12,(双流体静力学基本方程式求流量)

33、例1-6 有一炉膛充满热气，密度为，现取一横截面，如图示，设截面上不存在横向流动，炉底水平面（11面）表压为零。(1)试计算22面处小孔中气体流出速度；(2)若炉底部有一高度为H的炉门，当此炉门敞开时，试计算通过炉门外逸的炉气量。解：(1)本题可看成不可压缩的热气体的稳定流动问题，为方便起见，可用双流体柏努利方程来求解。取22截面中心水平面为基准面，列炉底11截面与小孔出口内侧的22截面的双流体柏努利方程，即式中设22截面流速为u2，并取动能修正系数a21，u10。本题先假定h失0，将以上数值,代入柏努利方程，有解得 当然，因实际气体流动时存在压头损失，即h失不为零，故实际的u2应较上式的值为

34、小。(2)炉门处于零压面以上，整个炉门处的炉气都处于正压状态，因此当炉门敞开时，炉气将外逸。为计算逸出炉气流速与流量，先在炉门任意水平上取一高度为dx的微元截面，设此截面距炉底为x米，则根据本例第(1)项的分析，通过此微元截面处的流速为炉门宽度为B，则通过微元截面的体积流量为 整个炉门溢气量为上式未考虑压头损失的影响，因此实际流量应乘以修正系数Co，即,1.3 气体压头损失与气体输送气体压头损失计算管路组成：直管+管件（如阀门、弯头、三通等）阻力损失类型：直管摩擦阻力损失和局部阻力损失 管路总阻力损失等于直管阻力损失和局部阻力损失 之和：即 h 失=h 摩+h 局 h 摩 直管或摩擦阻力损失

35、J/kg；h 局-局部阻力损失 J/kg 单位：N/m2 即 Pa 直管摩擦阻力损失的计算,上式即是计算圆形直管摩擦阻力 的通式，称为范宁（Fanning）公式，此式对层流与湍流都适用。两式中的 称为摩擦系数 层流时(1-41a)湍流时(1-41b),气体在非圆形管内的摩擦阻力损失（1）阻力通式：将圆管通式中的圆管直径用当量直径代替即得。即当量直径:D当=4r H=4 f/r H-水力半径f流通截面积-润湿周边长,如套管环隙当量直径:外管内径为d1，内管外径为d2，当量直径:de=4(d12 d22)/4/(d1+d2)=d1 d2 如：外管573.5 内管30 2.5 d2 de=0.050

36、.03=0.02(2)计算式 d1层流：=A/Re A值与段面形状有关，见p70表3-3湍流:可近似用圆形管的公式来计算非圆形管的摩擦系数，但应用当量直径代替圆管直径；用于矩形管时，长宽比不应超过31；用于环形管时误差较大。局部阻力损失的计算（1）阻力系数法 近似认为局部阻力损失服从平方定律，即,进口 K=0.5 出口 K=1。0 其他情况的K值可从书中表中查出压头损失计算举例 P39例1-13减少压头损失的途径（1）减少摩擦阻力损失（2）减少局部阻力损失,气体输送,（2）当量长度法 近似认为局部阻力损失可以相当于某个长度的直管的损失，即 le 当量长度，查手册 1-4-3 管路系统总阻力例题

37、1已知：流量300l/min、Z=10m,p=0吸人管:894mm、L=15m，一个底阀、一个标准900 弯头排出管：573.5mm、L=50m，一个闸阀、一个截止阀、三个标准900弯头=880kg/m3=6.510-4Pas求泵的轴功率 N=?(效率为70%),l解：p1=p2=0，W1=W2=0;We=9.8110+h f吸人管：l Le=6.3+2.7 m,=0.5,u=0.97m/s,Re=106000,/d=0.0037,=0.029 h f=4.28J/Kgl排出管：l Le=0.33+17+31.6=22.13m,=1.0,u=2.55m/s,Re=173000,/d=0.006,=0.0313 l h f=150J/Kg总h f=吸人管h f+排出管h f=154.3J/Kg;We=252.4J/Kgl m=4,4Kg/s,Ne=1110.6W=1.11KW,N=1.11/0.7=1.59KWl练习二已知：d=200mm,入口底阀h L=10(u2/2),p2=350mmHg(真），h f A-B=0.1(u2/2)。试求:(1)V=?(2)PA=?,