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氣體力學(xué)是研究氣體平衡和運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)。在電爐中,常用的氣體有空氣、氮?dú)狻錃狻鍤獾取怏w的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與電爐設(shè)計(jì)、操作、制品質(zhì)量、電熱體使用壽命及能量消耗均有密切關(guān)系。例如,氣體的流動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)方向與速度影響電爐的傳熱過程和氣體運(yùn)動(dòng)過程的阻力;氣氛壓力燒結(jié)爐中,由于高氣壓的作用,使氣體密度發(fā)生變化而對(duì)氣體流動(dòng)產(chǎn)生影響;立式氫氣爐中,氫氣運(yùn)動(dòng)方向直接影響電熱體鉬絲的使用壽命;電爐的孔隙中,冷氣體的吸入或熱氣體的流出;電熱隧道窯中預(yù)熱帶氣體分層現(xiàn)象的產(chǎn)生與減少分層現(xiàn)象的措施;電爐系統(tǒng)排氣管道的設(shè)計(jì)與通風(fēng)機(jī)的計(jì)算與選擇;爐內(nèi)氣體壓強(qiáng)、流速和流量的檢測(cè)等均與氣體的宏觀運(yùn)動(dòng)和平衡有關(guān)。因此,只有掌握氣體力學(xué)基本原理,才能有效地解決電爐設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)中的一些復(fù)雜問題。
氣體和液體統(tǒng)稱流體。流體力學(xué)基本定律同樣適用于氣體力學(xué)。
氣體力學(xué)僅研究由于外部原因而引起的運(yùn)動(dòng),不考慮分子運(yùn)動(dòng)。也就是將氣體看作是由無數(shù)氣體質(zhì)點(diǎn)連續(xù)組成的連續(xù)介質(zhì)。連續(xù)性的假設(shè),不僅表示這些氣體質(zhì)點(diǎn)在宏觀上是連續(xù)的,而且其質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程也是連續(xù)的。研究表明,由這一假設(shè)所得的結(jié)論與生產(chǎn)實(shí)踐的結(jié)果相符合。然而,在高真空中,空氣等就不能再當(dāng)作連續(xù)介質(zhì)了。
在電爐中,氣體流動(dòng)現(xiàn)象比較復(fù)雜,是由多種因素決定的,其基本因素包括密度、壓強(qiáng)、溫度、流速、流量和粘度等。它們是分析復(fù)雜氣流現(xiàn)象的基礎(chǔ)。
在電爐中,氣體是連續(xù)介質(zhì),它的質(zhì)量分布也是連續(xù)的。然而,不同氣體質(zhì)點(diǎn)的密度不一定相等。
干空氣在溫度為294K,壓強(qiáng)為760mmHg時(shí)。密度盧=1.2kg/m3。
對(duì)于混合氣體,若各組分在混合前后的質(zhì)量保持不變,則lm3混合氣體的質(zhì)量等于各組分的質(zhì)量之和。
氣體與液體不同,有明顯的壓縮性和熱脹性。壓強(qiáng)和溫度變化對(duì)氣體密度有很大影響。在壓強(qiáng)不過高,溫度不過低時(shí),氣體壓強(qiáng)、密度和溫度之間關(guān)系,服從理想氣體狀態(tài)方程式。顯然.壓強(qiáng)增大時(shí),密度升高,體積縮小。然而,氣體在某一個(gè)壓強(qiáng)作用下,密度不再增大了。該壓強(qiáng)和對(duì)應(yīng)的密度分別叫做極限壓強(qiáng)和極限密度。一般電爐中,氣體密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于極限密度,式是正確的。一般爐內(nèi)壓強(qiáng)變化微小,在每個(gè)區(qū)段中溫度變化也不大。因此,把氣體作為不可壓縮的流體。
在氣壓力爐內(nèi),溫度呵達(dá)2000L以上.壓強(qiáng)LOOatm(10MPa),良熱等靜壓機(jī)中,溫度—般為1500—2000°,壓強(qiáng)為1000—2000alto、在膜式泵及其它高壓容器中,應(yīng)當(dāng)考慮氣體壓強(qiáng)對(duì)密度的影響.此氣體稱為叮壓縮流體。通常認(rèn)為系統(tǒng)開始和終了壓強(qiáng)的變化超過原來壓強(qiáng)的20%時(shí).該氣體稱為可壓縮氣體。
氣體靜壓強(qiáng)特征如下:
1.氣體靜壓強(qiáng)的方向是沿作用面的法線方向,且指向氣體的內(nèi)部。
2.由于氣體是連續(xù)介質(zhì),因此,氣體靜壓強(qiáng)是空間坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)。
由于一般使用上的習(xí)慣,有時(shí)把壓強(qiáng)也稱為壓力。
在電爐內(nèi),有的區(qū)段為正壓,有的部位為負(fù)壓。正壓表示爐內(nèi)壓*于外界大氣壓強(qiáng),即表壓強(qiáng)為正值。負(fù)壓表示爐內(nèi)壓強(qiáng)小于外界大氣的壓強(qiáng),即表壓強(qiáng)是負(fù)值,負(fù)的表壓強(qiáng)又叫真空度。