炉内热气体的几何压头、动静压头影响与分布,由耐火砖厂家整理分享。
炉内气体的流动和一般流体的流动相比较,具有两个显著的特征:
(1)炉内气体为热气体。所谓热气体是指炉内气体的温度高于周围大气的温度。
(2)炉内气体总是与大气相通的,而且炉内热气体的密度小于周围大气的密度,所以炉内气体的流动受大气的影响很大,不像液体在大气中流动那样可以忽略周围大气的影响。
热气体的压头(静压头与动压头):
单位(体积)热气体所具有的位能与外界同一平面上的单位(体积)大气所具有的位能之差,称为位压头,同理也有动压头和静压头之称呼。但是在通常情况下,大气的流速比流体的流速小得多,所以热气体的动压头也就是热气体本身所具有的动能。
对热气体而言,基准面取在上方时,由于热气体自动上浮,则下方热气体的位压头大于上方热气体的位压头,这就是热气体沿高度方向上位压头的分布规律,位压头沿高度方向上的分布是线性的。由于热气体有自动上升趋势,所以热气体由下向上流动时,位压头是流动的动力。反之,热气体由上而下流动时,要克服位压头后才能实现流动,从这个意义上说,热气体自上向下流动时,位压头应作为阻力来对待。
几何压头对窑内气体流动方向的影响:几何压头的产生,主要是由于窑外的冷空气比窑内热气体的密度大。这个密度差,使窑内热气体受到一个浮力,如果窑顶有孔,热气体就会被压出。因此,几何压头使气体流动的方向总是向上的。正如水往低处流一样,热气体、火焰等总是自然向上流动的,原因就是集合压头的影响。在倒焰窑中,火焰上行至窑顶后,要自上而下倒行进人烟道。在这个倒行的过程中,几何压头就成为流动的阻力,要用烟囱或排烟机来克服这个几何压头。窑炉系统中,几何压头的存在是不可避免的。几何压头的存在,使冷热气体分层,增大上下温差;这对制品的烧成是不利的。因此,要采取很多措施来减少这个几何压头的影响,例如,在隧道窑预热带使用搅拌气幕,窑头设置烟气循环等。
(1)热气体的静压头及其分布规律:
单位体积流体的静压能就是静压强,常称为静压力。按静压头的定义,热气体的静压头就是热气体的静压力与同一水平面大气静压力之差,即相对静压力,常称为表压力。
通常,静压头可以用压力计直接测量。
容器内的热气体的表压力或静压头是上大下小,与液体的分布规律正好相反。取热气体压力与外界大气压力相等的面为零压面,在零压面以上,热气体的表压力为正,若容器与大气相通,比如有的炉子有缝隙,则热气体将外逸,反之,零压面以下为负压区,冷空气会被吸人。冶金炉的操作常常将零压面控制在炉底上,使炉膛呈正压区而烟道则为负压区。
静压头对气流方向的影响,就是使气体从压力大的地方流向压力小的地方。从窑内和窑外来说,如果窑内的压力大于窑外的压力,就会有热气体向外冒出。这种状况,在窑炉操作上称为正压。如果窑内压力小于窑外压力,就会有冷空气侵入窑内。这种状况,在窑炉操作上称为负压。如果窑内压力等于窑外压力,那么,既无热气体冒出,也无冷气体侵入。这种状况,在窑炉操作上称为零压。隧道窑内的压力分布,从油窑来说,预热带一般为负压,烧成带为微正压,预热带和烧成带之间为零压,冷却带前端的正压值大于烧成带的正压值。这样,从冷却带到预热带,压力由大到小,便于气体由冷却带向预热带流动,经排烟孔、烟道,由烟囱排出。这种压力分布,就是人们利用了静压头对气流方向的影响这一原理而设计、控制的。
(2)热气体的动压头:
如前所述,热气体的动压头就是单位体积的气体所具有的动能,动压头可以用毕托管等压力计进行测量。
上面讲的几何压头、静压头、动压头等都是可以互相转变的。在静止的流体中,只有几何压头与静压头,而且几何压头与静压头之和保持一个常数。当流体流动时,流体不仅有几何压头、静压头,而且有动压头。增加的动压头,是由静压头转变而来的。在流体流动的过程中,如果没有阻力损失压头,或者忽略不计,那么,几何压头、静压头、动压头的总和将保持为一个常数。
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