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气体流动:流量与流速-陶瓷干燥与烧成技术

【摘要】:(一)流量与流速1.流量气体在管道内流动时,单位时间内流经管道任意截面的气体体积或质量称为气体的流量。气体在截面上某点的流速,称为点流速。无论是层流还是湍流,在管内紧靠管壁处气体流动的流速为零,所以,对于湍流流动,从管壁到湍流区之间,总有一层气体的流速很小,做层流流动,称为层流底层。这里介绍的气体流动一般指稳定流动。

(一)流量与流速

1.流量

气体在管道内流动时,单位时间内流经管道任意截面的气体体积或质量称为气体的流量。前者称为体积流量,用qv表示,单位为m3/s;后者称为质量流量,用qm表示,单位为kg/s。

式中:ρ——气体的密度,kg/m3

2.流速

流速是单位时间内,气体沿管道流经的距离,用w表示,单位为m/s。不过,由于气体在管道截面各点的流速不同,管中心流速最大,离管中心越远流速越小,在紧贴管壁处的流速等于零。气体在截面上某点的流速,称为点流速。所以,通常所讲的流速是指整个管道截面上的平均流速。

平均流速也可认为是单位截面的体积流量,因而有如下关系式:

式中:w——气体的平均流速,m/s;(www.chuimin.cn)

S——管道的横截面积,m2

(二)气体的流动状态

气体的流动状态可分为两种,即层流湍流。所谓层流,就是气体在流动时层次分明,互不干扰,垂直于流动方向上的分速度为零,其质点运动轨迹互不相交;湍流就是气体紊乱地流动,气体质点有轴向和横向运动,互相撞击,产生湍动和旋涡,所以又叫紊流。气体层流流动时,由于垂直于流动方向上的分速度为零,层与层间热量传递慢,易产生层间温差,所以陶瓷窑炉内气体的流动一般控制为湍流。

气体在管道内流动时,形成不均匀的速度分布,其速度分布规律和流动状态有关,在圆管道内,层流时,其速度分布为抛物线状,管道中心的速度最大,管壁处为零,平均速度wav约为最大流速wmax的一半;湍流时,速度分布为一顶端稍宽的曲线,湍流程度越大,曲线顶端也就越平坦,其平均速度wav约为最大流速wmax的0.8倍~0.85倍。如图1-2-1所示。无论是层流还是湍流,在管内紧靠管壁处气体流动的流速为零,所以,对于湍流流动,从管壁到湍流区之间,总有一层气体的流速很小,做层流流动,称为层流底层。

图1-2-1 气体在管道内速度分布与流动状态的关系

(三)稳定流动与不稳定流动

气体在管道内或窑炉系统中流动时,如果任意截面上的流动状况(如压强、温度、密度、流速等)均不随时间而改变,那么,这种流动为稳定流动;否则为不稳定流动。这里介绍的气体流动一般指稳定流动。