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两种气体相关时的静力平衡关系
2011-03-05 17:25

  如果在加热炉上经常遇到的情况,那么炉内或烟道系统内是密度较小的热气体,外面是密度较大的冷空气。这种热气体位于冷气体包围中,两者并存与相关的情况下,气体的静力平衡关系更有实际意义。现在分析这种情况下的平衡条件以及相对压力的分布规律。容器内是密度为P的热气体,外面是密度为衬的冷空气,内、外气体都是静止的。将确定高度的基准面取在容器的顶部,高度z向上为正,对任意两个截面1-1和2-2,可以写出其平衡方程式:所具有的能量与外面同体积大气所具有的能量差,这种相对能量称为压头。

  位压头

  位压头又称几何压头,是单位体积气体所具有的相对位能。对于高度为z或深度为H的内部热气体,其位压头为hik=pgz一内z=H(p‘一p)g(2-21)由式((2-21)可见,当空气温度一定时,位压头的大小取决于H和p两个因素。由阿基米德浮力原理可知,处于冷空气中的热气体具有上浮的能力,H愈大,上浮的趋势愈大,即位置愈低处的位压头愈大;p愈小,即热气体的温度愈高,气体上浮的能力也愈大。因为位压头只是一种趋势,所以不能测量只能计算。

  静压头

  静压头是单位体积气体所具有的相对朴压能,即同一高度上内、外气体静压力之差:hp=p一p‘二p。(2-22)由式(2-22)可见,气体在某点的静压头数值就等于该点的表压力。静压头可以为正值,也可以为负值。应用压头概念,式((2-20)可以表示为hwi+hn,二hM2+hey:或hm+h,=常数(2-23)由此可见,对于静止的相互作用的冷、热气体,任何截面上位压头与静压头的总和是相等的,而且两种形式的能量可以相互转换。仍以图2-6为例,进一步分析静止热气体相对压力的变化规律。设深度H,,处为热气体的零压面(即热气体相对压力为零的面)。若将式(2-23)应用于零压面的某点(H=Ho,pg=0)和深度为H、相对压力为pa的任一点。

  为静止热气体相对压力分布的关系式,它表明。任何点相对压力的数值等于零压面与该点的位压头之差。对于冷、热两种气体,由于衬>p,即(衬-p)>0,式中p。的正负取决于(H0-H)值。式(2-24)表明,在零压面之上(H0>H),热气体的相对压力为正值(p。>0);在零压面之下(从<H),热气体的相对压力为负值(p1<0):而且,所示,热气体的相对压力p。随深度增加呈直线下降。

  由以上分析可知,当加热炉炉底平面的表压力为零时,则整个炉膛内的表压力为正压,这时通过炉门或缝隙会向外逸气;如果控制炉顶内表面的表压力为零时,则整个炉膛内的表压力为负压,这时冷空气将通过炉门或缝隙吸人炉内。在实际操作中,也可以根据上述现象判断炉内压力的大致情况,并通过调整抽力来改变零压面的高度。
 

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