空气动力计算_大字4bak

燃气工业炉空气动力计算
一、燃气工业炉气体流动的特点
(一)燃气工业炉空气动力学及空气动力计算
为了使燃气工业炉能正常地工作，需要不断供给燃烧所用的燃气和空气，同时又要不断地把燃烧产生的烟气排出炉外。

所谓燃气工业炉的通风过程，正是指保证工业炉正常运行的连续供风和排烟的过程。

燃气工业炉空气动力学就是用流体力学的基本原理来研究炉中气体流动和平衡的规律，以解决工业炉通风过程中的实际问题。

其目的为正确组织工业炉内的气体流动，保证炉料加热的质量，最终使工业炉生产达到良好的技术指标。

同时，按照流体力学的基本原理。

进行燃气工业炉的空气动力计算，求得送风、排烟系统内各区段的阻力、浮力，确定通风系统的压力分布，并求得总压降，为烟囱设计或送风机、引风机的选择，为工业炉生产操作、控制及安全运行等提供可靠依据。

(二)燃气工业炉气体流动的特点及实用流体方程
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车辆空气动力学与车身造型空气动力学（Aerodynamics）是研究物体在与周围空气作相对运动时两者之间相互作用力的关系及运动规律的科学，它属于流体力学的一个重要分支。

长期以来，空气动力学成果的应用多侧重于航空及气象领域，特别是在航空领域内这门科学取得了巨大的进展，给汽车或路面车辆的空气动力学（Automotive Aerodynamics-Road Vehicle Aerodynamics）研究提供了借鉴。

然而进一步的深入研究表明，汽车或车辆的空气动力学问题从理论到实际两方面都与航空等问题有本质的区别，汽车空气动力学已逐步发展成为了空气动力学的一个独立分支，在方程式赛车领域更是得到了极大的应用。

下面就谈谈赛车中空气动力学的应用。

图1：行车阻力随车速的变化情况我们从日常生活的经验知道，当风吹向一个物体时，就会产生作用在物体上的力。

力的大小与风的方向和强弱有关。

比如说轻风徐来，我们的感觉是轻柔舒适（力量很小）；飓风袭来，房倒屋塌，势不可挡（力量很大）。

这说明当风速达到某种程度时，就不能忽视它的影响。

对赛车来说，是车运动，大气可视为不动，相对运动的关系是一样的。

一般大致在车速超过100公里/小时（km/h）时，气流对车辆产生的阻力就会超过车轮的滚动阻力。

这时就必须考虑空气动力的影响。

如图1所示。

其实气动力对赛车的影响，不只是行车阻力，还有对发动机的进、排气，车辆行驶的稳定性，过弯速度，以及刹车距离，甚至轮胎温度控制等等。

1．空气动力学的基本概念和基本方程空气动力学，属流体力学的范畴，是研究以空气作介质的流场中，物体所受的力与流动特点的科学。

赛车空气动力学属低速空气动力学。

高速流和低速流在空气压缩性上有很大差别，通常用M数（也称为马赫）来划分。

若定义流速V与大气中声音的传播速度a之比为M数，则M=V/a。

大气中小扰动的传播速度是和声音的传播速度相同的，M=1后，会出现激波，气动特性发生很大变化。

一般M>>１为高超音速范围，主要是弹道导弹等的飞行；M>１为超音速，M在1.2-0.8左右为跨音速；M<0.8为亚音速范围，高速飞机的飞行跨越这三个范围。

空气动力学基本公式集合热力学参数及关系δq+δw=de p=ρRT R=287J/(kg∙K)ℎ=e+pρd ℎ=de+pdv+vdp e=C V T ℎ=C p TC p−C V=R γ=C p/C V C p=γRγ−1C V=Rγ−1可逆过程（不一定绝热，等熵过程为可逆且绝热的过程）Tds=de+pdv=dℎ−vdp=dℎ−1ρdp s2−s1=C p lnT2T1−R lnp2p1=C V lnT2T1+R lnρ1ρ2等熵关系式p2 p1=(ρ2ρ1)γ=(T2T1)γγ−1滞止参数ℎ0=ℎ+V22=C p T+V22=γRTγ−1+V22=a2γ−1+V22=γRT0γ−1=a02γ−1=a∗2γ−1+a∗22T0 T =1+γ−12Ma2p0p=(1+γ−12Ma2)γγ−1ρ0ρ=(1+γ−12Ma2)1γ−1临界参数T∗T0=(a∗a0)2=2γ+1p∗p0=(2γ+1)γγ−1ρ∗ρ0=(2γ+1)1γ−1a∗=√2γRT0γ+1定义速度系数λ=va∗=√(γ+1)Ma22+(γ−1)Ma2Ma=√2λ2(γ+1)−(γ−1)λ2定义气体动力学函数τ(λ)=TT0=(1−γ−1γ+1λ2) π(λ)=pp0=(1−γ−1γ+1λ2)γγ−1ε(λ)=ρρ0=(1−γ−1γ+1λ2)1γ−1激波与膨胀波正激波关系式Ma 2=√2+(γ−1)Ma 122γMa 12−(γ−1)p 2p 1=1+2γγ+1(Ma 12−1) ρ2ρ1=u 1u 2=(γ+1)Ma 122+(γ−1)Ma 12 T 2T 1=[1+2γγ+1(Ma 12−1)]2+(γ−1)Ma 12(γ+1)Ma 12 T 02T 01=1 p 02p 01=[(γ+1)Ma 122+(γ−1)Ma 12]γγ−1[1+2γγ+1(Ma 12−1)]1γ−1s 2−s 1=C p ln {[1+2γγ+1(Ma 12−1)]2+(γ−1)Ma 12(γ+1)Ma 12}−R ln [1+2γγ+1(Ma 12−1)] 斜激波关系式tan θ=2cot βMa 12sin 2β−1Ma 12(γ+cos 2β)+2Ma n,1=Ma 1sin β Ma 2=Ma n,2sin (β−θ) Ma n,2=√2+(γ−1)Ma n,122γMa n,12−(γ−1)p 2p 1=1+2γγ+1(Ma n,12−1) ρ2ρ1=(γ+1)Ma n,122+(γ−1)Ma n,12 T 2T 1=[1+2γγ+1(Ma n,12−1)]2+(γ−1)Ma n,12(γ+1)Ma n,12 T 02T 01=1 p 02p 01=[(γ+1)Ma n,122+(γ−1)Ma n,12]γγ−1[1+2γγ+1(Ma n,12−1)]1γ−1s 2−s 1=C p ln {[1+2γγ+1(Ma n,12−1)]2+(γ−1)Ma n,12(γ+1)Ma n,12}−R ln [1+2γγ+1(Ma n,12−1)] 膨胀波关系式 马赫角μμ1=arcsin1Ma 1 μ2=arcsin 1Ma 2普朗特—迈耶函数ν(Ma )=√γ+1γ−1arc tan √γ−1γ+1(Ma 2−1)−arc tan √Ma 2−1 θ=ν(Ma 2)−ν(Ma 1) T 2T 1=T 2/T 02T 1/T 01=2+(γ−1)Ma 122+(γ−1)Ma 22 p 2p 1=p 2/p 02p 1/p 01=(2+(γ−1)Ma 122+(γ−1)Ma 22)γγ−1准一维流动与喷管流动面积-速度关系式dA A =(Ma2−1)duudMaMa=1+γ−12Ma21−Ma2dAAA A∗=1Ma[(2γ+1)(1+γ−12Ma2)]γ+12(γ−1)(AA∗)2=(γ−1)(2γ+1)γ+1γ−12[1−(pp0)γ+1γ](pp0)2γ无粘流基本方程雷诺输运定理及随体导数D Dt ∭ϕdv=ððt∭ϕdv+∯ϕ(V∙n)dADϕDt=ðϕðt+(V∙∇)ϕ=ðϕðt+V∙∇ϕ连续方程Dm Dt =DDt∭ρdv=ððt∭ρdv+∯ρ(V∙n)dA=∭[ðρðt+∇∙(ρV)]dv=0ðρðt +∇∙(ρV)=DρDt+ρ∇V=0ðρðt+ð(ρu)ðx+ð(ρv)ðy+ð(ρw)ðz=0定常不可压ðu ðx +ðvðy+ðwðz=0动量方程D Dt ∭ρVdv=ððt∭ρVdv+∯ρV(V∙n)dA=∭[Vðρðt+ρðVðt+V∇∙(ρV)+ρV(∇∙V)]dv =∭{ρ[ðVðt+V(∇∙V)]}dv=∭ρfdv−∯pdA+Fμ=∭(ρf−∇p)dv+Fμ不考虑粘性力则为欧拉方程DV Dt =ðVðt+V(∇∙V)=f−1ρ∇pðu iðt+u jðu iðx j=f i−1ρðpðx i{ ðu ðt +u ðu ðx +v ðu ðy +w ðu ðz =f x −1ρðp ðx ðv ðt +u ðv ðx +v ðv ðy +w ðv ðz =f y −1ρðp ðy ðw ðt +u ðw ðx +v ðw ðy +w ðw ðz =f z−1ρðpðz葛罗米柯运动微分方程（把涉及运动旋涡部分的项分离出来而使研究无旋运动时方程简化） 利用矢量恒等式改写欧拉方程(V ∙∇)V =∇(V 22)−V ×(∇×V ) → ðV ðt + ∇(V 22)−V ×(∇×V )=−1ρ∇p +f{ðu ðt +ððx (V 22)+2(ωy w −ωz v)=−1ρðpðx +f x ðv ðt +ððx (V 22)+2(ωz u −ωx w )=−1ρðp ðy +f y ðw ðt +ððx (V 22)+2(ωx v −ωy u)=−1ρðp ðz +fz克罗克运动方程（在葛罗米柯运动方程基础上吧焓梯度和熵梯度与旋涡量建立联系） 对于理想气体，忽略质量力后的葛罗米柯运动微分方程为ðV ðt + ∇(V 22)−V ×(∇×V )=−1ρ∇p 由热力学关系的矢量形式改写上述方程T∇s =∇ℎ−1ρ∇p → ðV ðt + ∇(V 22)−V ×(∇×V )=T∇s −∇ℎ由滞止焓改写上述方程∇ℎ0=∇ℎ+ ∇(V 22) → ðVðt−V ×(∇×V )=T∇s −∇ℎ0定常状态V ×(∇×V )=∇ℎ0−T∇s均能流（滞止焓均匀分布）、均熵流及均能均熵流V ×(∇×V )=−T∇s V ×(∇×V )=∇ℎ0 V ×(∇×V )=0能量方程DE Dt =δQ dt +δWdtD Dt ∭ρ(e +V 22)dv =∭ρq dv +∯k (∇T ∙n )dA +∭ρf ∙V dv −∯p (V ∙n )dA +W μ不考虑粘性力∭D Dt [ρ(e +V 22)]dv =∭[ρq +∇(k∇T )+ρf ∙V −∇∙(pV )]dvρD Dt (e +V 22)=ρq +∇(k∇T )+ρf ∙V −∇∙(pV ) ∇∙(pV )=∇∙(p ρ∙ρV)=p ρ∇∙(ρV )+ρV ∙∇(p ρ)=p ρ(DρDt −ðρðt )+ρ[D Dt (p ρ)−ððt (p ρ)]=ρD Dt (p ρ)−ðpðtρD Dt (e +V 22)=ρq +∇∙(k∇T )+ρf ∙V −[ρD Dt (p ρ)−ðpðt ] ρD Dt (e +p ρ+V 22)=ρq +∇∙(k∇T )+ρf ∙V +ðp ðt =ρD Dt (ℎ+V 22) 设质量力有势且在固定点处不随时间变化f =∇U → ρf ∙V =ρ∇U ∙V =ρ(DU Dt −ðU ðt )=ρDU DtρD Dt (ℎ+V 22−U)=ρq +∇∙(k∇T )+ðpðt绝热无机械功输入输出的定常流动ℎ+V 22−U =const熵方程dS ≥δQ T DS Dt ≥Q TDS Dt =D Dt ∭ρsdv =ððt ∭ρsdv +∯ρs (V ∙n )dA =∭[ð(ρs )ðt +∇∙(ρsV )]dv ≥∭ρqT dv ð(ρs )ðt +∇∙(ρsV )≥ρq T → ρðs ðt +s ðρðt +s ∙∇(ρV )+ρV ∙∇s ≥ρq T → ðs ðt +V ∙∇s =Ds Dt ≥q T粘性流体基本方程连续方程ðρðt +∇∙(ρV )= DρDt +ρ∇∙V =0 ðρðt +ð(ρu )ðx +ð(ρv )ðy +ð(ρw )ðz=0 定常不可压ðu ðx +ðv ðy +ðw ðz=0 动量方程DV Dt =ðV ðt +V (∇∙V )=f −1ρ∇p +f μ ðu i ðt +u j ðu i ðx j =f i −1ρðpðx i+f μi 流体表面应力张量Π=[σxτxy τxzτyxσy τyz τzx τzyσz ]=[2μðu ðx −23μ∇∙V −p μ(ðu ðy +ðvðx )μ(ðu ðz +ðwðx )…2μðv ðy −23μ∇∙V −p μ(ðv ðz +ðw ðy )……2μðw ðz −23μ∇∙V −p ] s ij =12(ðu i ðx j +ðu j ðx i ) m ij =2μs ij − 23μ∇∙Vδij πij =m ij −pδijDV Dt =ðV ðt +V (∇∙V )=f +∇∙Π ðu i ðt +u j ðu i ðx j =f i +1ρðπji ðx j{Du Dt =ðu ðt +u ðu ðx +v ðu ðy +w ðu ðz =f x +1ρ(ðσx ðx +ðτyx ðy +ðτzxðz )Dv Dt =ðv ðt +u ðv ðx +v ðv ðy +w ðv ðz =f y +1ρ(ðτxy ðx +ðσy ðy +ðτzyðz )Dw Dt=ðw ðt +u ðw ðx +v ðw ðy +w ðw ðz =f z +1ρ(ðτxz ðx +ðτyz ðy +ðσz ðz )N —S 方程ρDu i Dt =ρðu i ðt +ρu j ðu i ðx j =ρf i −ðp ðx i +ððx j [μ(ðu i ðx j +ðu j ðx i )]−23ððx i (μðu j ðx j) { ρDu Dt =ρf x −ðp ðx +2ððx (μðu ðx )+ððy [μ(ðu ðy +ðv ðx )]+ððz [μ(ðu ðz +ðw ðx )]−23ððx (μ∇∙V )ρDv Dt =ρf y −ðp ðy +ððx [μ(ðu ðy +ðv ðx )]+2ððy (μðv ðy )+ððz [μ(ðv ðz +ðw ðy )]−23ððy (μ∇∙V )ρDw Dt =ρf z−ðp ðz +ððx [μ(ðu ðz +ðw ðx )]+ððy [μ(ðv ðz +ðw ðy )]+2ððz (μðw ðz )−23ððy(μ∇∙V )对于通常情况即不考虑μ随温度的变化，上述方程可化为ρDu i Dt =ρðu i ðt +ρu j ðu i ðx j =ρf i −ðp ðx i +μ∆u i +μ3ð2u jðx i ðx j ρDV Dt =ρðV ðt +ρV (∇∙V )=ρf −∇p +μ∆V +μ3∇(∇∙V )能量方程动能方程D Dt (V22)=uf x+vf y+wf z+1ρ[u(ðσxðx+ðτyxðy+ðτzxðz)+v(ðτxyðx+ðσyðy+ðτzyðz)+w(ðτxzðx+ðτyzðy+ðσzðz)]D Dt (u i u i2)=u i f xi+u iρðπjiðx j=u i f xi+u iρðm jiðx j+u iρðpðx j=u i f xi+1ρð(m ji u i)ðx j−1ρð(pu i)ðx j+pρðu iðx j−m jiρðu iðx j上式最左侧为流体微团单位质量随时间变化率，最右侧第一项为单位时间内体力对单位质量流体所做的体力功，第二项为粘性力对运动单位质量的流体微团所输运的机械能，第三项为压力对单位质量流体做的功，第四项为体积膨胀与压力乘积的膨胀功，第五项为流体为抵抗变形的粘性力所做的变形功，为耗散项。

( 安全管理 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改燃气工业炉空气动力计算(新编版)Safety management is an important part of production management. Safety and production are inthe implementation process燃气工业炉空气动力计算(新编版)一、燃气工业炉气体流动的特点(一)燃气工业炉空气动力学及空气动力计算为了使燃气工业炉能正常地工作，需要不断供给燃烧所用的燃气和空气，同时又要不断地把燃烧产生的烟气排出炉外。

所谓燃气工业炉的通风过程，正是指保证工业炉正常运行的连续供风和排烟的过程。

燃气工业炉空气动力学就是用流体力学的基本原理来研究炉中气体流动和平衡的规律，以解决工业炉通风过程中的实际问题。

其目的为正确组织工业炉内的气体流动，保证炉料加热的质量，最终使工业炉生产达到良好的技术指标。

同时，按照流体力学的基本原理。

进行燃气工业炉的空气动力计算，求得送风、排烟系统内各区段的阻力、浮力，确定通风系统的压力分布，并求得总压降，为烟囱设计或送风机、引风机的选择，为工业炉生产操作、控制及安全运行等提供可靠依据。

(二)燃气工业炉气体流动的特点及实用流体方程图3—9—15为工业炉自然通风时炉膛及烟道系统压力分布图。

横坐标对应上图示意的通风系统各处；纵坐标为各处的相对压力(Pa)。

图3-9-15燃气工业炉通风系统图中，1为空气、燃气进口；2为燃烧室或火道，燃气和空气在此混合、燃烧；3为燃气工业炉炉膛，2—3由于浮力作用，系统压力增加至正压，满足了炉膛为正压的要求；4—5—6为烟道，烟气流动过程中，4—5克服阻力，消耗能量，系统压力降低，5—6由于浮力作用，系统压力又有所增加；6—7为热交换器，烟气流经时，阻力消耗大，系统压力下降；7—8—9也是烟道，7—8烟气流经烟道闸门，克服局部阻力，消耗较大能量；8—9烟气消耗能量，克服烟道阻力；9—10为烟囱，由于高大烟囱的浮力远大于阻力，使系统压力增大，到烟囱出口接近零压。

气动力计算公式
气动力是指空气对物体的作用力，其大小与物体的形状、速度、密度等因素有关。

常见的气动力计算公式有：
1. 空气阻力公式：Fd=ρv^2CdA。

其中，Fd表示空气阻力，ρ表示空气密度，v表示物体速度，Cd表示阻力系数，A表示物体在垂直于运动方向上的投影面积。

2. 升力公式：Fp=ρv^2ClA。

其中，Fp表示升力，Cl表示升力系数，其他符号同上。

此外，对于飞行器（如飞机），通常取一个原点位于飞行器重心的气流坐标系，将空气动力分解为三个方向上的分量。

设坐标系的x轴平行于气流方向且正向与气流方向相反，y轴在飞行器对称面内与x轴垂直且正向指向飞行器上方，z轴垂直于xy平面，指向右翼。

则合力在x、y、z三个轴上的分量分别称为阻力、举力和侧向力。

若空气动力作用点与飞行器重心不重合，则飞行器还受到一个合力矩的作用，它在x、y、z三个轴上的分量分别称为滚转力矩、偏航力矩和俯仰力矩。

以上信息仅供参考，建议查阅空气动力学书籍或者咨询专业人士以获取更准确的信息。

空气动力学的力量计算公式空气动力学是研究物体在空气中受到的力和运动的学科。

在空气动力学中，力的计算是至关重要的，因为它可以帮助我们理解物体在空气中的运动规律。

在本文中，我们将讨论空气动力学的力量计算公式，以及这些公式的应用。

空气动力学的力量计算公式可以分为两类，气动力和阻力。

气动力是指物体在空气中受到的推力或拉力，而阻力则是物体在空气中受到的阻碍运动的力。

下面我们将分别介绍这两种力的计算公式。

首先是气动力的计算公式。

气动力的大小取决于物体的形状、速度和空气的密度。

一般来说，气动力可以通过以下公式进行计算：F = 0.5 ρ v^2 A Cd。

其中，F表示气动力的大小，ρ表示空气的密度，v表示物体的速度，A表示物体的横截面积，Cd表示物体的阻力系数。

这个公式告诉我们，气动力与空气密度、速度的平方和物体的横截面积成正比，与物体的阻力系数成反比。

这个公式在飞行器设计和空气动力学研究中有着广泛的应用。

接下来是阻力的计算公式。

阻力的大小取决于物体的形状、速度和空气的密度。

一般来说，阻力可以通过以下公式进行计算：D = 0.5 ρ v^2 A Cd。

其中，D表示阻力的大小，ρ表示空气的密度，v表示物体的速度，A表示物体的横截面积，Cd表示物体的阻力系数。

这个公式与气动力的计算公式非常相似，只是它们的物理意义不同。

阻力的大小与空气密度、速度的平方和物体的横截面积成正比，与物体的阻力系数成反比。

以上是空气动力学的力量计算公式，它们可以帮助我们理解物体在空气中受到的力和运动规律。

这些公式在飞行器设计、汽车设计和建筑结构设计等领域都有着重要的应用。

通过对这些公式的研究和应用，我们可以更好地理解物体在空气中的运动规律，从而设计出更加高效和安全的产品。

除了以上介绍的气动力和阻力的计算公式，空气动力学还涉及到其他一些力的计算公式，比如升力的计算公式和升阻比的计算公式。

这些公式在飞行器设计和空气动力学研究中也有着重要的应用。