空气动力计算_大字4bak
燃气工业炉空气动力计算
燃气工业炉空气动力计算
一、燃气工业炉气体流动的特点
(一)燃气工业炉空气动力学及空气动力计算
为了使燃气工业炉能正常地工作，需要不断供给燃烧所用的燃气和空气，同时又要不断地把燃烧产生的烟气排出炉外。
所谓燃气工业炉的通风过程，正是指保证工业炉正常运行的连续供风和排烟的过程。
燃气工业炉空气动力学就是用流体力学的基本原理来研究炉中气体流动和平衡的规律，以解决工业炉通风过程中的实际问题。
其目的为正确组织工业炉内的气体流动，保证炉料加热的质量，最终使工业炉生产达到良好的技术指标。
同时，按照流体力学的基本原理。
进行燃气工业炉的空气动力计算，求得送风、排烟系统内各区段的阻力、浮力，确定通风系统的压力分布，并求得总压降，为烟囱设计或送风机、引风机的选择，为工业炉生产操作、控制及安全运行等提供可靠依据。
(二)燃气工业炉气体流动的特点及实用流体方程
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空气动力——公式
车辆空气动力学与车身造型空气动力学（Aerodynamics）是研究物体在与周围空气作相对运动时两者之间相互作用力的关系及运动规律的科学，它属于流体力学的一个重要分支。
长期以来，空气动力学成果的应用多侧重于航空及气象领域，特别是在航空领域内这门科学取得了巨大的进展，给汽车或路面车辆的空气动力学（Automotive Aerodynamics-Road Vehicle Aerodynamics）研究提供了借鉴。
然而进一步的深入研究表明，汽车或车辆的空气动力学问题从理论到实际两方面都与航空等问题有本质的区别，汽车空气动力学已逐步发展成为了空气动力学的一个独立分支，在方程式赛车领域更是得到了极大的应用。
下面就谈谈赛车中空气动力学的应用。
图1：行车阻力随车速的变化情况我们从日常生活的经验知道，当风吹向一个物体时，就会产生作用在物体上的力。
力的大小与风的方向和强弱有关。
比如说轻风徐来，我们的感觉是轻柔舒适（力量很小）；飓风袭来，房倒屋塌，势不可挡（力量很大）。
这说明当风速达到某种程度时，就不能忽视它的影响。
对赛车来说，是车运动，大气可视为不动，相对运动的关系是一样的。
一般大致在车速超过100公里/小时（km/h）时，气流对车辆产生的阻力就会超过车轮的滚动阻力。
这时就必须考虑空气动力的影响。
如图1所示。
其实气动力对赛车的影响，不只是行车阻力，还有对发动机的进、排气，车辆行驶的稳定性，过弯速度，以及刹车距离，甚至轮胎温度控制等等。
1．空气动力学的基本概念和基本方程空气动力学，属流体力学的范畴，是研究以空气作介质的流场中，物体所受的力与流动特点的科学。
赛车空气动力学属低速空气动力学。
高速流和低速流在空气压缩性上有很大差别，通常用M数（也称为马赫）来划分。
若定义流速V与大气中声音的传播速度a之比为M数，则M=V/a。
大气中小扰动的传播速度是和声音的传播速度相同的，M=1后，会出现激波，气动特性发生很大变化。
一般M>>１为高超音速范围，主要是弹道导弹等的飞行；M>１为超音速，M在1.2-0.8左右为跨音速；M<0.8为亚音速范围，高速飞机的飞行跨越这三个范围。
空气动力学基本公式集合
空气动力学基本公式集合热力学参数及关系δq+δw=de p=ρRT R=287J/(kg∙K)ℎ=e+pρd ℎ=de+pdv+vdp e=C V T ℎ=C p TC p−C V=R γ=C p/C V C p=γRγ−1C V=Rγ−1可逆过程（不一定绝热，等熵过程为可逆且绝热的过程）Tds=de+pdv=dℎ−vdp=dℎ−1ρdp s2−s1=C p lnT2T1−R lnp2p1=C V lnT2T1+R lnρ1ρ2等熵关系式p2 p1=(ρ2ρ1)γ=(T2T1)γγ−1滞止参数ℎ0=ℎ+V22=C p T+V22=γRTγ−1+V22=a2γ−1+V22=γRT0γ−1=a02γ−1=a∗2γ−1+a∗22T0 T =1+γ−12Ma2p0p=(1+γ−12Ma2)γγ−1ρ0ρ=(1+γ−12Ma2)1γ−1临界参数T∗T0=(a∗a0)2=2γ+1p∗p0=(2γ+1)γγ−1ρ∗ρ0=(2γ+1)1γ−1a∗=√2γRT0γ+1定义速度系数λ=va∗=√(γ+1)Ma22+(γ−1)Ma2Ma=√2λ2(γ+1)−(γ−1)λ2定义气体动力学函数τ(λ)=TT0=(1−γ−1γ+1λ2) π(λ)=pp0=(1−γ−1γ+1λ2)γγ−1ε(λ)=ρρ0=(1−γ−1γ+1λ2)1γ−1激波与膨胀波正激波关系式Ma 2=√2+(γ−1)Ma 122γMa 12−(γ−1)p 2p 1=1+2γγ+1(Ma 12−1) ρ2ρ1=u 1u 2=(γ+1)Ma 122+(γ−1)Ma 12 T 2T 1=[1+2γγ+1(Ma 12−1)]2+(γ−1)Ma 12(γ+1)Ma 12 T 02T 01=1 p 02p 01=[(γ+1)Ma 122+(γ−1)Ma 12]γγ−1[1+2γγ+1(Ma 12−1)]1γ−1s 2−s 1=C p ln {[1+2γγ+1(Ma 12−1)]2+(γ−1)Ma 12(γ+1)Ma 12}−R ln [1+2γγ+1(Ma 12−1)] 斜激波关系式tan θ=2cot βMa 12sin 2β−1Ma 12(γ+cos 2β)+2Ma n,1=Ma 1sin β Ma 2=Ma n,2sin (β−θ) Ma n,2=√2+(γ−1)Ma n,122γMa n,12−(γ−1)p 2p 1=1+2γγ+1(Ma n,12−1) ρ2ρ1=(γ+1)Ma n,122+(γ−1)Ma n,12 T 2T 1=[1+2γγ+1(Ma n,12−1)]2+(γ−1)Ma n,12(γ+1)Ma n,12 T 02T 01=1 p 02p 01=[(γ+1)Ma n,122+(γ−1)Ma n,12]γγ−1[1+2γγ+1(Ma n,12−1)]1γ−1s 2−s 1=C p ln {[1+2γγ+1(Ma n,12−1)]2+(γ−1)Ma n,12(γ+1)Ma n,12}−R ln [1+2γγ+1(Ma n,12−1)] 膨胀波关系式 马赫角μμ1=arcsin1Ma 1 μ2=arcsin 1Ma 2普朗特—迈耶函数ν(Ma )=√γ+1γ−1arc tan √γ−1γ+1(Ma 2−1)−arc tan √Ma 2−1 θ=ν(Ma 2)−ν(Ma 1) T 2T 1=T 2/T 02T 1/T 01=2+(γ−1)Ma 122+(γ−1)Ma 22 p 2p 1=p 2/p 02p 1/p 01=(2+(γ−1)Ma 122+(γ−1)Ma 22)γγ−1准一维流动与喷管流动面积-速度关系式dA A =(Ma2−1)duudMaMa=1+γ−12Ma21−Ma2dAAA A∗=1Ma[(2γ+1)(1+γ−12Ma2)]γ+12(γ−1)(AA∗)2=(γ−1)(2γ+1)γ+1γ−12[1−(pp0)γ+1γ](pp0)2γ无粘流基本方程雷诺输运定理及随体导数D Dt ∭ϕdv=ððt∭ϕdv+∯ϕ(V∙n)dADϕDt=ðϕðt+(V∙∇)ϕ=ðϕðt+V∙∇ϕ连续方程Dm Dt =DDt∭ρdv=ððt∭ρdv+∯ρ(V∙n)dA=∭[ðρðt+∇∙(ρV)]dv=0ðρðt +∇∙(ρV)=DρDt+ρ∇V=0ðρðt+ð(ρu)ðx+ð(ρv)ðy+ð(ρw)ðz=0定常不可压ðu ðx +ðvðy+ðwðz=0动量方程D Dt ∭ρVdv=ððt∭ρVdv+∯ρV(V∙n)dA=∭[Vðρðt+ρðVðt+V∇∙(ρV)+ρV(∇∙V)]dv =∭{ρ[ðVðt+V(∇∙V)]}dv=∭ρfdv−∯pdA+Fμ=∭(ρf−∇p)dv+Fμ不考虑粘性力则为欧拉方程DV Dt =ðVðt+V(∇∙V)=f−1ρ∇pðu iðt+u jðu iðx j=f i−1ρðpðx i{ ðu ðt +u ðu ðx +v ðu ðy +w ðu ðz =f x −1ρðp ðx ðv ðt +u ðv ðx +v ðv ðy +w ðv ðz =f y −1ρðp ðy ðw ðt +u ðw ðx +v ðw ðy +w ðw ðz =f z−1ρðpðz葛罗米柯运动微分方程（把涉及运动旋涡部分的项分离出来而使研究无旋运动时方程简化） 利用矢量恒等式改写欧拉方程(V ∙∇)V =∇(V 22)−V ×(∇×V ) → ðV ðt + ∇(V 22)−V ×(∇×V )=−1ρ∇p +f{ðu ðt +ððx (V 22)+2(ωy w −ωz v)=−1ρðpðx +f x ðv ðt +ððx (V 22)+2(ωz u −ωx w )=−1ρðp ðy +f y ðw ðt +ððx (V 22)+2(ωx v −ωy u)=−1ρðp ðz +fz克罗克运动方程（在葛罗米柯运动方程基础上吧焓梯度和熵梯度与旋涡量建立联系） 对于理想气体，忽略质量力后的葛罗米柯运动微分方程为ðV ðt + ∇(V 22)−V ×(∇×V )=−1ρ∇p 由热力学关系的矢量形式改写上述方程T∇s =∇ℎ−1ρ∇p → ðV ðt + ∇(V 22)−V ×(∇×V )=T∇s −∇ℎ由滞止焓改写上述方程∇ℎ0=∇ℎ+ ∇(V 22) → ðVðt−V ×(∇×V )=T∇s −∇ℎ0定常状态V ×(∇×V )=∇ℎ0−T∇s均能流（滞止焓均匀分布）、均熵流及均能均熵流V ×(∇×V )=−T∇s V ×(∇×V )=∇ℎ0 V ×(∇×V )=0能量方程DE Dt =δQ dt +δWdtD Dt ∭ρ(e +V 22)dv =∭ρq dv +∯k (∇T ∙n )dA +∭ρf ∙V dv −∯p (V ∙n )dA +W μ不考虑粘性力∭D Dt [ρ(e +V 22)]dv =∭[ρq +∇(k∇T )+ρf ∙V −∇∙(pV )]dvρD Dt (e +V 22)=ρq +∇(k∇T )+ρf ∙V −∇∙(pV ) ∇∙(pV )=∇∙(p ρ∙ρV)=p ρ∇∙(ρV )+ρV ∙∇(p ρ)=p ρ(DρDt −ðρðt )+ρ[D Dt (p ρ)−ððt (p ρ)]=ρD Dt (p ρ)−ðpðtρD Dt (e +V 22)=ρq +∇∙(k∇T )+ρf ∙V −[ρD Dt (p ρ)−ðpðt ] ρD Dt (e +p ρ+V 22)=ρq +∇∙(k∇T )+ρf ∙V +ðp ðt =ρD Dt (ℎ+V 22) 设质量力有势且在固定点处不随时间变化f =∇U → ρf ∙V =ρ∇U ∙V =ρ(DU Dt −ðU ðt )=ρDU DtρD Dt (ℎ+V 22−U)=ρq +∇∙(k∇T )+ðpðt绝热无机械功输入输出的定常流动ℎ+V 22−U =const熵方程dS ≥δQ T DS Dt ≥Q TDS Dt =D Dt ∭ρsdv =ððt ∭ρsdv +∯ρs (V ∙n )dA =∭[ð(ρs )ðt +∇∙(ρsV )]dv ≥∭ρqT dv ð(ρs )ðt +∇∙(ρsV )≥ρq T → ρðs ðt +s ðρðt +s ∙∇(ρV )+ρV ∙∇s ≥ρq T → ðs ðt +V ∙∇s =Ds Dt ≥q T粘性流体基本方程连续方程ðρðt +∇∙(ρV )= DρDt +ρ∇∙V =0 ðρðt +ð(ρu )ðx +ð(ρv )ðy +ð(ρw )ðz=0 定常不可压ðu ðx +ðv ðy +ðw ðz=0 动量方程DV Dt =ðV ðt +V (∇∙V )=f −1ρ∇p +f μ ðu i ðt +u j ðu i ðx j =f i −1ρðpðx i+f μi 流体表面应力张量Π=[σxτxy τxzτyxσy τyz τzx τzyσz ]=[2μðu ðx −23μ∇∙V −p μ(ðu ðy +ðvðx )μ(ðu ðz +ðwðx )…2μðv ðy −23μ∇∙V −p μ(ðv ðz +ðw ðy )……2μðw ðz −23μ∇∙V −p ] s ij =12(ðu i ðx j +ðu j ðx i ) m ij =2μs ij − 23μ∇∙Vδij πij =m ij −pδijDV Dt =ðV ðt +V (∇∙V )=f +∇∙Π ðu i ðt +u j ðu i ðx j =f i +1ρðπji ðx j{Du Dt =ðu ðt +u ðu ðx +v ðu ðy +w ðu ðz =f x +1ρ(ðσx ðx +ðτyx ðy +ðτzxðz )Dv Dt =ðv ðt +u ðv ðx +v ðv ðy +w ðv ðz =f y +1ρ(ðτxy ðx +ðσy ðy +ðτzyðz )Dw Dt=ðw ðt +u ðw ðx +v ðw ðy +w ðw ðz =f z +1ρ(ðτxz ðx +ðτyz ðy +ðσz ðz )N —S 方程ρDu i Dt =ρðu i ðt +ρu j ðu i ðx j =ρf i −ðp ðx i +ððx j [μ(ðu i ðx j +ðu j ðx i )]−23ððx i (μðu j ðx j) { ρDu Dt =ρf x −ðp ðx +2ððx (μðu ðx )+ððy [μ(ðu ðy +ðv ðx )]+ððz [μ(ðu ðz +ðw ðx )]−23ððx (μ∇∙V )ρDv Dt =ρf y −ðp ðy +ððx [μ(ðu ðy +ðv ðx )]+2ððy (μðv ðy )+ððz [μ(ðv ðz +ðw ðy )]−23ððy (μ∇∙V )ρDw Dt =ρf z−ðp ðz +ððx [μ(ðu ðz +ðw ðx )]+ððy [μ(ðv ðz +ðw ðy )]+2ððz (μðw ðz )−23ððy(μ∇∙V )对于通常情况即不考虑μ随温度的变化，上述方程可化为ρDu i Dt =ρðu i ðt +ρu j ðu i ðx j =ρf i −ðp ðx i +μ∆u i +μ3ð2u jðx i ðx j ρDV Dt =ρðV ðt +ρV (∇∙V )=ρf −∇p +μ∆V +μ3∇(∇∙V )能量方程动能方程D Dt (V22)=uf x+vf y+wf z+1ρ[u(ðσxðx+ðτyxðy+ðτzxðz)+v(ðτxyðx+ðσyðy+ðτzyðz)+w(ðτxzðx+ðτyzðy+ðσzðz)]D Dt (u i u i2)=u i f xi+u iρðπjiðx j=u i f xi+u iρðm jiðx j+u iρðpðx j=u i f xi+1ρð(m ji u i)ðx j−1ρð(pu i)ðx j+pρðu iðx j−m jiρðu iðx j上式最左侧为流体微团单位质量随时间变化率，最右侧第一项为单位时间内体力对单位质量流体所做的体力功，第二项为粘性力对运动单位质量的流体微团所输运的机械能，第三项为压力对单位质量流体做的功，第四项为体积膨胀与压力乘积的膨胀功，第五项为流体为抵抗变形的粘性力所做的变形功，为耗散项。
空气动力计算课件
在不可压缩、无粘性流体的稳定流动中，流体的压力、速度和位置 之间遵循伯努利定理。
牛顿第二定律
流体的加速度与作用力成正比，与流体的质量成反比，即F=ma。
03
空气动力学的应用
航空航天
1 2 3
飞机设计
飞机设计过程中需要考虑空气动力学原理，如机 翼设计和尾翼布局，以实现升力、阻力和稳定性 等性能要求。
可压缩性
流体的密度随着压力和温 度的变化而变化，称为可 压缩性。
流体静力学
01
流体平衡
在无外力作用的情况下，流体内 部各部分之间不会发生相对运动 ，称为流体平衡。
02
03
压力
浮力
流体对容器壁施加的压力，称为 压力。
由于流体静压力的存在，物体在 流体中受到向上的力，称为浮力 。
流体动力学
流体运动
流体在力的作用下发生的运动，称为流体运动。
实验测量方法的优势
实验测量方法能够提供直接、真实的实验数据，有助于验证理论分析和 数值模拟的结果，同时也有助于发现新现象和开发新技术。
03
实验测量方法的局限
实验测量方法受限于实验设备和条件，难以模拟复杂的流场和力场，同
时实验结果可能受到环境因素的影响。
理论分析方法
理论分析方法概述
理论分析方法是基于物理原理和数学推导来分析空气动力 现象。这种方法能够提供深入的理论解释和预测，有助于 指导实验和数值模拟。
学习目标
培养解决实际问题的能力 ，提高科研素养
学会使用专业软件进行空 气动力计算和分析
掌握空气动力学基本概念 、原理和方法
01
03 02
02
空气动力学基础
流体性质
01
02
锅炉原理-空气动力计算
Vrk BjV ''
'' l
l
zf
273 trk 273
4. 各种燃烧设备的阻力：
H 5．总阻力： lz
h
6．修正：若海拔大于200m需修正，即
H lz
h 101325 bk
bk —风道中空气的平均压力
bk
b
h 2
b—当地平均大气压力
7．风道的自生通风能力
hzs Hg k rk
rk
缺点：∵烟囱高度有限，自生通风能力有限， ∴仅使用小容量、固定炉排烟气流程简单的 小型锅炉，受季节、昼夜之影响。
2．负压通风：
除烟囱外，仅在烟囱前的烟道内装 置引风机来克服通风的流动阻力。
优点：仅一个风机。
缺点：由于整个烟道都处于负压， 仅适用小型锅炉，用于大容量锅炉 时，由于阻力大，漏风严重，影响 效率。
若烟道为负压，则绝对压力等于大气 压力减去其真空度S
P b s b0 kgz S
P1 P2 S2 S1 k g z2 z1
H S2 S1 hlz hjs hzs
∴介质在通道内流动时，任意两截面的总压降总是由流动
阻力 hlz 加速压降 hjs 和自生通风能力 hzs 三部分组成。
P1 P2 h1 h2 b1 b2 h1 h2 kg z2 z1
注意两截面的总压降 H
H h1 h2 hlz
w22 w12 2
k g z2 z1
hlz hjs hzs
hlz : 流动阻力；
hjs：加速压降；
hzs：自生通风力（密度差引起的浮生力）
hjs
w22 w12 2
hjs 是由于介质速度变化而引起的压头损
失，介质速度的变化有二个原因：
燃气工业炉空气动力计算(新编版)
( 安全管理 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改燃气工业炉空气动力计算(新编版)Safety management is an important part of production management. Safety and production are inthe implementation process燃气工业炉空气动力计算(新编版)一、燃气工业炉气体流动的特点(一)燃气工业炉空气动力学及空气动力计算为了使燃气工业炉能正常地工作，需要不断供给燃烧所用的燃气和空气，同时又要不断地把燃烧产生的烟气排出炉外。
所谓燃气工业炉的通风过程，正是指保证工业炉正常运行的连续供风和排烟的过程。
燃气工业炉空气动力学就是用流体力学的基本原理来研究炉中气体流动和平衡的规律，以解决工业炉通风过程中的实际问题。
其目的为正确组织工业炉内的气体流动，保证炉料加热的质量，最终使工业炉生产达到良好的技术指标。
同时，按照流体力学的基本原理。
进行燃气工业炉的空气动力计算，求得送风、排烟系统内各区段的阻力、浮力，确定通风系统的压力分布，并求得总压降，为烟囱设计或送风机、引风机的选择，为工业炉生产操作、控制及安全运行等提供可靠依据。
(二)燃气工业炉气体流动的特点及实用流体方程图3—9—15为工业炉自然通风时炉膛及烟道系统压力分布图。
横坐标对应上图示意的通风系统各处；纵坐标为各处的相对压力(Pa)。
图3-9-15燃气工业炉通风系统图中，1为空气、燃气进口；2为燃烧室或火道，燃气和空气在此混合、燃烧；3为燃气工业炉炉膛，2—3由于浮力作用，系统压力增加至正压，满足了炉膛为正压的要求；4—5—6为烟道，烟气流动过程中，4—5克服阻力，消耗能量，系统压力降低，5—6由于浮力作用，系统压力又有所增加；6—7为热交换器，烟气流经时，阻力消耗大，系统压力下降；7—8—9也是烟道，7—8烟气流经烟道闸门，克服局部阻力，消耗较大能量；8—9烟气消耗能量，克服烟道阻力；9—10为烟囱，由于高大烟囱的浮力远大于阻力，使系统压力增大，到烟囱出口接近零压。
气动力计算公式
气动力计算公式
气动力是指空气对物体的作用力，其大小与物体的形状、速度、密度等因素有关。
常见的气动力计算公式有：
1. 空气阻力公式：Fd=ρv^2CdA。
其中，Fd表示空气阻力，ρ表示空气密度，v表示物体速度，Cd表示阻力系数，A表示物体在垂直于运动方向上的投影面积。
2. 升力公式：Fp=ρv^2ClA。
其中，Fp表示升力，Cl表示升力系数，其他符号同上。
此外，对于飞行器（如飞机），通常取一个原点位于飞行器重心的气流坐标系，将空气动力分解为三个方向上的分量。
设坐标系的x轴平行于气流方向且正向与气流方向相反，y轴在飞行器对称面内与x轴垂直且正向指向飞行器上方，z轴垂直于xy平面，指向右翼。
则合力在x、y、z三个轴上的分量分别称为阻力、举力和侧向力。
若空气动力作用点与飞行器重心不重合，则飞行器还受到一个合力矩的作用，它在x、y、z三个轴上的分量分别称为滚转力矩、偏航力矩和俯仰力矩。
以上信息仅供参考，建议查阅空气动力学书籍或者咨询专业人士以获取更准确的信息。
空气动力学的力量计算公式
空气动力学的力量计算公式空气动力学是研究物体在空气中受到的力和运动的学科。
在空气动力学中，力的计算是至关重要的，因为它可以帮助我们理解物体在空气中的运动规律。
在本文中，我们将讨论空气动力学的力量计算公式，以及这些公式的应用。
空气动力学的力量计算公式可以分为两类，气动力和阻力。
气动力是指物体在空气中受到的推力或拉力，而阻力则是物体在空气中受到的阻碍运动的力。
下面我们将分别介绍这两种力的计算公式。
首先是气动力的计算公式。
气动力的大小取决于物体的形状、速度和空气的密度。
一般来说，气动力可以通过以下公式进行计算：F = 0.5 ρ v^2 A Cd。
其中，F表示气动力的大小，ρ表示空气的密度，v表示物体的速度，A表示物体的横截面积，Cd表示物体的阻力系数。
这个公式告诉我们，气动力与空气密度、速度的平方和物体的横截面积成正比，与物体的阻力系数成反比。
这个公式在飞行器设计和空气动力学研究中有着广泛的应用。
接下来是阻力的计算公式。
阻力的大小取决于物体的形状、速度和空气的密度。
一般来说，阻力可以通过以下公式进行计算：D = 0.5 ρ v^2 A Cd。
其中，D表示阻力的大小，ρ表示空气的密度，v表示物体的速度，A表示物体的横截面积，Cd表示物体的阻力系数。
这个公式与气动力的计算公式非常相似，只是它们的物理意义不同。
阻力的大小与空气密度、速度的平方和物体的横截面积成正比，与物体的阻力系数成反比。
以上是空气动力学的力量计算公式，它们可以帮助我们理解物体在空气中受到的力和运动规律。
这些公式在飞行器设计、汽车设计和建筑结构设计等领域都有着重要的应用。
通过对这些公式的研究和应用，我们可以更好地理解物体在空气中的运动规律，从而设计出更加高效和安全的产品。
除了以上介绍的气动力和阻力的计算公式，空气动力学还涉及到其他一些力的计算公式，比如升力的计算公式和升阻比的计算公式。
这些公式在飞行器设计和空气动力学研究中也有着重要的应用。
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Thermal Energy Conversion Equipment
任课教师：何玉荣 1
第六章 锅炉设备的空气动力计算
Chapter 6. Gas and Air Resistance Calculation of Boilers
2
HIT
目录
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6
11 HIT
计算原理_II
自生通风力 ：介质在竖直通道内流动 时，由于密度差所产生的抽力。
Δh
zs
= (ρ k - ρ )g (Z 2 - Z 1 )
气流向上时为正，可以用来克服流动阻力， 有助于气流流动; 气流向下时为负，要消耗外界压头，阻碍 气流流动。 水平烟道中，为0。
28 HIT
sm
烟道系统阻力计算
4．管式空预器阻力 三部分：
hky
烟气从大空间进入管子——局部阻力
烟气在管中纵向冲刷——沿程摩擦阻力
烟气从管子进入大空间——局部阻力
ξ , ξ 为局部阻力系数，由图确定（下册图22-6）
29 HIT
'
''
2 2
2 1
风道：空气被加热，温度增加，压力损失增加。
一般，速度损失数值很小，常可忽略不计。
13 HIT
计算原理_II
沿程摩擦阻力 流动阻力
hlz
横向冲刷阻力 局部阻力
Δ H = Δ h lz + Δ h s d - h z s
主要部分 约为0 大锅炉0
7 HIT
通风的方式_III
平衡通风： 利用风机分别克服锅炉风、烟道的流动阻力 , 确保炉及 及烟道处于微负压运行工况，炉膛出口真空度为 20~30Pa。 送风机：从风道吸入口到进入炉膛的全部风道阻力，空预 器、燃烧设备。 引风机：从炉膛出口到烟囱出口的全部烟道阻力，管束、 省煤器、空预器、除尘器、烟囱等。 特点：1 风道系统处于正压下工作，炉膛和烟道处于负压 下工作。
14
HIT
阻力计算_I
任意两截面间的总压降为：
2 ρ (w 2 w 2 1) Δ H = Δ h lz + -( ρ k - ρ )g(Z 2 - Z 1 ) 2 = Δ h lz + Δ h sd -h zs
流动阻力：
Δ h lz = Δ h m c + Δ h h x + h jb
15 HIT
计算原则
一、计算原则
4．阻力计算中使用的各种线算图都是按照标准压力下的干 空气绘制的，而烟道中流动的却是具有某一压力的含灰 烟气，因而必须修正。应进行烟气密度、烟气压力、烟 气含灰量的修正，在整个烟道系统阻力都计算完之后进 行; 5．受热面阻力计算是以无积灰为条件的，由于锅炉受热面 烟道中还存在积灰，因此要根据受热面种类及运行中是 否吹灰等条件，在受热面阻力计算时加以修正，正常积 灰条件下，各部分受热面的修正系数见下册表22-5，此修 正与4中修正不同，在每计算完一个受热面阻力时马上进9 HIT
6-2 通风阻力计算的原理及基本方法
6-2 Introduction
10
HIT
计算原理_I
由流体力学中的伯努利方程知，烟气或空气在 烟、风道任意两截面间有：
2 ρ (w 2 w 2 1) Δ H = Δ h lz + - ( ρ k - ρ )g(Z 2 - Z 1 ) 2 = Δ h lz + Δ h sd - h zs
18
HIT
阻力计算_横向冲刷管束阻力
1）横向冲刷光滑管顺列管束 式中： i——每一排管子的阻力系数，与管束布置特性和Re有关 Z2 ——烟气流方向管子排数 2）横向冲刷光滑管错列管束
= Z 2 i
= ( Z 2 + 1 )
i
3）斜向冲刷光滑管 阻力系数同样按横向冲刷的公式和线图计算，流速应根据斜向 o 管子截面计算，当 β ≤ 7 5 时，无论顺列或错列，都先按纯横 向冲刷的计算，对其结果再乘以系数1.1。 4）方型鳍片铸铁省煤器
当 Z 2 ≤ 5 ，且 w ≤ 10m /s 时，其阻力忽略不计
当 Z 2 ≤ 2，且 w ≤ 15m /s
时，其阻力忽略不计
否则，按横向冲刷计算其阻力。
26
HIT
烟道系统阻力计算
2、锅炉管束阻力 hgg
① hgg =横向冲刷管束阻力+纵向冲刷管束阻力 +管束内转弯的阻力 ② 在锅炉管束进出口上因流速改变而引起的压 力损失已包括在横向冲刷管束的阻力内，不必 单独考虑
ρw Δh= Δhmc + ξ + ξ 2
' ''
2
Pa
烟道系统阻力计算
5．除尘器阻力
hcc
2
按局部阻力计算：
结构。
ξ cc ——除尘器阻力系数，取决于除尘器型式和
ρw Δhcc = ξ cc 2
有时也直接给出除尘器的阻力，见产品说明书。
30
HIT
烟道系统阻力计算
阻力计算_沿程摩擦阻力I
1）气流在等截面通道内流动，包括纵向冲刷管束的阻力 ( 除空气预热器烟气侧外)，一般为等温流动状态 l ρw 2 Δ hmc = λ Pa d dl 2 2）气流在等截面通道内流动，同时进行热交换的非等温状 态 l ρw 2 2 Δ hm c = λ ( )2 Pa d dl 2 Tb +1 T 3）空气预热器烟气侧
8 HIT
通风的方式_III
2 与正压相比，避免了正压通风时炉烟外冒问题和喷火 问题。
3 与纯负压通风相比其负压可较小，漏风量较小，保持 较高经济性。
4 但需要装2台风机，设备费用和电耗增加。 用途：平衡通风应用最多，2-4t/h以上工业锅炉和电站 锅炉。
注意：机械通风也需要安装一定高度烟囱，作用不是产 生抽力，而是为了把烟尘和有害气体散开来，不要超 标，符合环保要求。
20 HIT
ρw Δ h jb = ξ 2
阻力计算_局部阻力
式中： Δ 0 ——转弯的原始阻力； K——考虑管壁粗糙度影响的系数 B——与弯头角度有关的系数 C——考虑弯头截面形状的系数
21
HIT
6-3 烟道阻力计算
6-3 Introduction
锅炉空气动力计算的任务： 计算锅炉通风过程的流动阻力，选择合适 的通风装置，确保燃烧及时、换热过程安 全正常的进行。
5 HIT
通风的方式_I
自然通风：
利用烟囱中热烟气与外界冷空气的密度 差所形成的自生通风力来克服锅炉风、 烟道的流动阻力。 一般用于小型锅炉，D<1t/h的手烧炉。
24 HIT
烟道系统阻力计算 包括： 凝渣管束 锅炉管束 过热器
省煤器
管式空预器
烟道
除尘器
烟囱
25
HIT
烟道系统阻力计算
1、凝渣管束阻力
hnz
凝渣管束的阻力，一般情况下，可按横向冲刷计算，
但当满足以下两条件时可忽略不计：
22
HIT
计算原则
一、计算原则
1．在热力计算后，按额定负荷进行。
2．烟道阻力的计算顺序：
烟道系统阻力计算，是从炉膛开始，按烟气流动方向。 烟道系统包括：凝渣管、过热器、对流管束、省煤器、 空气预热器等各受热面，然后流经除尘器、引风机及其 连接通道，最后经烟囱排出。
3．锅炉平衡通风、负压通风，一般烟道为负压，且越往后 负压越高，到引风机入口负压达到最高，但与大气压的 差值仍很小，因此，计算时仍以大气压为 0.1MPa为计算 压力，算完后再进行修正;23 HIT
通风的作用和方式 通风阻力计算的原理及基本方法 烟道阻力计算 风道阻力计算 烟囱的计算 风机的选择
3 HIT
6-1 通风的作用和方式
6-1 Introduction
4
HIT
通风的作用
锅炉通风过程：
在锅炉燃烧过程中，必须连续的将燃烧所 需的空气送入炉内，同时将炉内的燃烧产 物不断引出炉外过程。
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HIT
烟道系统阻力计算
2．过热器阻力
hgr
由小直径的管子组成的蛇形管束。主要包括横向冲刷
、纵向冲刷和烟气90º 转弯的阻力。大多为横向冲刷。 3．省煤器阻力 h （前面已有介绍） 说明：工业上常用“横向肋片方型标准铸铁省煤器” 其阻力系数 = 0 . 5 Z 2 注意：其阻力系数已考虑的积灰玷污修正系数的影响 。
Δ hmc = Δ h
i m c
c l
Pa
i i h Δ hm 式中： —— c m c 为每米长度的空预器管子的沿程摩擦阻力
16 HIT
阻力计算_沿程摩擦阻力II
λ——沿程阻力系数 其中：λ
K λ = f( ,Re) d dl K 6 8 0 .2 5 ①一般烟风道：λ = 0 .1 1 ( + ) d dl R e
= 0 .5 Z 2
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HIT
阻力计算_局部阻力
局部阻力：由于气流流动时，方向或通道截面积发生变 化而引起的阻力损失。 2
动压头由图查取（根据流速和气流温度） 阻力系数由图表查取，具体由以下三种情况： 1）通道截面变化引起的局部阻力系数：下册表22-6和 图22-6 = K 0 B C 2）转弯的局部阻力系数 3）气流在管束内转弯的局部阻力系数：除了气流横向 或纵向冲刷管束的阻力外，局部阻力与转弯角度有关。
烟温：引风机的烟温
yf =
αpyyf + Δαtlk αpy + Δα
0 k
℃
烟气量则取为引风机处的烟气量
Vxf =B j Vpy + ΔαV