烟囱的流体力学解释课件.ppt（19页）

1、 烟囱 材料工程1301班 第四小组工业烟囱：家用烟囱认识烟囱：v烟囱是最古老、最重要的防污染装置之一。烟囱烟囱是最古老、最重要的防污染装置之一。烟囱的发明极早。当原始人发现火时，同时发现了这的发明极早。当原始人发现火时，同时发现了这样一个道理：哪里有火，哪里必有烟。最早的烟样一个道理：哪里有火，哪里必有烟。最早的烟囱即是室内的通气孔。当把囱即是室内的通气孔。当把“火火”带进室内做饭带进室内做饭和取暖时烟也随之而入。这就迫使人们不得不设和取暖时烟也随之而入。这就迫使人们不得不设法在屋顶和墙壁上开些通气孔，以此来驱除屋内法在屋顶和墙壁上开些通气孔，以此来驱除屋内的烟雾。这种方法作为一种规范的人类

2、实践活动的烟雾。这种方法作为一种规范的人类实践活动已保留了几十万年。人类也曾花了很长的时间来已保留了几十万年。人类也曾花了很长的时间来改进大烟囱。罗马人在发展设计新颖的热气取暖改进大烟囱。罗马人在发展设计新颖的热气取暖系统时，也大大地改进了烟囱。系统时，也大大地改进了烟囱。v目前，中国最高的单筒式钢筋混凝土烟囱为目前，中国最高的单筒式钢筋混凝土烟囱为210210米米。最高的多筒式钢筋混凝土烟囱是秦岭电厂。最高的多筒式钢筋混凝土烟囱是秦岭电厂 212 212米高的四筒式烟囱。米高的四筒式烟囱。v世界上已建成的高度超过世界上已建成的高度超过 300 300米的烟囱达数十座米的烟囱达数十座，例如米切

3、尔电站的单筒式钢筋混凝土烟囱高达，例如米切尔电站的单筒式钢筋混凝土烟囱高达368368米。米。烟囱的原理：v 由于热气体受到外由于热气体受到外界空气浮力而向上流动界空气浮力而向上流动产生一定的几何压头，产生一定的几何压头，在烟囱底部产生负压（在烟囱底部产生负压（抽力）。如抽力能克服抽力）。如抽力能克服窑炉系统的总阻力，就窑炉系统的总阻力，就能使烟气从窑内不断地能使烟气从窑内不断地流至烟囱底部，通过烟流至烟囱底部，通过烟囱而排入大气。囱而排入大气。烟囱的流体力学解释烟囱根部的吸力靠烟囱内热废气的浮力产生烟囱根部的吸力靠烟囱内热废气的浮力产生，猜想与烟囱高度有关。烟囱结构示意图如，猜想与烟囱高度有

4、关。烟囱结构示意图如图图1 1所示。所示。此问题可以用流体力学中的伯努利方程近似地去解决。首先空气和废气可看做是理想流体、不可压缩流体，质量力为重力，流动参数不随时间变化为定常流动并且是沿流线的一维流动，所以符合伯努利方程的应用条件。 首先取烟囱底部1-1截面和烟囱顶部2-2截面作为研究对象分析，v废气从底部流向顶部的伯努利方程为：v v其中，V1和V2为烟气速度，z1和z2为两截面高度，p1和p2为两截面处烟气的压强，为烟气密度。 接着研究烟囱外空气，烟囱外空气可看做静止，V=0，列出伯努利方程：v v其中，p1和p2是两处空气压强，空 为空气密度，且由于烟气温度高，体积膨胀，空气密度大于烟

5、气密度。 由（2）式减去（1）式得：2222112122PgZVPgZV空空2211gPgZPZv方程左侧为两截面处的压强差的差值即烟囱的吸力，右侧空气密度减去烟气密度大于零，V1和V2可在不考虑烟囱及烟道尺寸变化时近似看做相等，因此可得出一个结论：烟囱的吸力大小近似正比于高度差。 提高烟囱高度可有效提高烟囱拔火力。 22221121122VVZZgPPPP空v 烟筒把烟筒内和烟筒外的气体隔离了。 烟筒外面的气体自然是空气了，温度是室温。 烟筒里面的气体是经过炉子加热的空气，温度要高得多。 温度越高，密度越小。 根据流体密度与压力公式，里面的气体柱重量形成的压力要小于外面空气重量形成的压力，也

6、就是说，烟筒内外存在压差。这样，外面的空气在压差作用下，要进入烟筒。 由于热空气密度小，要上浮，所以外面的空气只能从烟筒下边进入，这样，就把空气从底下吸入了炉子。 所谓烟筒的抽力，就是指这个压差。显然，烟筒越长，这个压差越大。 影响烟囱抽力的因素v烟囱效应是室内外温差烟囱效应是室内外温差形成的热压及室外形成的热压及室外 风风压共同作用的结果，通压共同作用的结果，通常以前者为主，而热压常以前者为主，而热压值与室内外温差产生的值与室内外温差产生的空气密度差及进排风口空气密度差及进排风口的高度差成正比。这说的高度差成正比。这说明，室内温度越是高于明，室内温度越是高于室外温度，建筑物越高室外温度，建筑

7、物越高，烟囱效应也越明显，烟囱效应也越明显，烟囱什么情况下起作用，什么情况下不起作用？ 原因：热空气轻，会向上流动，冷空气重，会向下流动，早晚气温低，相对来说烟的温度高，则烟囱底部容易形成负压，容易出烟，中午太阳长时间照射，外部气温高，相对来说烟的温度低，较重，所以不容易出烟。 救命救命啊啊 ，大中大中午我午我不出不出烟啦烟啦！ 烟囱倒烟，一般是由于风进入烟囱形成风压导致室内气压小于烟囱内部气压所造成的。这犹如快速奔驰的汽车后边老是卷着尘土的道理一样，汽车快速开过以后，在汽车的后部形成一个空气压力小于周围压力的区域，使汽车行驶带起的尘土都往这个区域流动。 锅炉烟囱：烟囱内腔的温度高于周围温度。

8、烟囱内腔的高温气体密度小，周围环境的低温空气密度大，形成压力差，产生抽力，所以烟囱能吸烟。如果锅炉长期未用，烟囱内外温度相同，没有了压力差，加上烟囱潮湿，就不能吸烟而出现炉口冒烟了。 （1）烟囱的高度：H，hc，烟囱排烟能力强。 v（2）烟气平均温度：tav，av，hc v（3）空气平均温度：ta，a，hc v（4）空气的湿度：（普赛），a，hc v故：高度一定时，hc冬天hc夏天vhc：烟囱底部负压的绝对值称之为抽力，用hc表示影响烟囱抽力的因素：烟囱高度设计请在此输入您的副标题演讲者 2014.1.16电厂烟囱高度v 烟囱的主要尺寸和工艺参数，如烟囱高烟囱的主要尺寸和工艺参数，如烟囱高度，

9、出口内径，出口烟气流速等不仅要满足度，出口内径，出口烟气流速等不仅要满足生产的要求，更主要的是生产的要求，更主要的是满足减轻所排污染满足减轻所排污染物对地区污染的需要。物对地区污染的需要。 v 事实证明，烟囱愈高，烟气上升能力俞事实证明，烟囱愈高，烟气上升能力俞强，燃料燃烧也愈好，但当高度超过一定高强，燃料燃烧也愈好，但当高度超过一定高度之后在增加其高度，烟囱造价就会随高度度之后在增加其高度，烟囱造价就会随高度增加而急剧增大增加而急剧增大。烟囱高度的因素v1.风向风速的影响v2.当地温度的影响v3.地形的影响v4.烟囱周围环境条件的限制因素v5.综合论述烟囱高度的合理性 在一定气象条件下，污染物落地浓度主要受有效烟源高度的影响，有效烟源高度为烟囱高度和烟气抬升高度（根据GB13223-2003中附录A推荐方法计算）之和。烟囱的有效高度计算方法如下：式中：HHHse；烟囱有效高度，meH计算；时，仍按当烟囱几何高度超过烟囱几何高度，240m240;mSH。烟气抬升高度， mH