【精品完整版】烟囱设计中的流体力学

卡门涡街影响的例子卡门涡街是一种流体力学现象，指的是当流体从一个较宽的管道进入一个较窄的管道时，流体速度增加，压力降低，从而形成的涡旋。

这种现象在日常生活中有很多应用和影响，下面列举了一些例子来说明卡门涡街的影响。

1. 水龙头：当我们打开水龙头，水从水龙头中流出时，我们会发现水流中形成了一个明显的涡旋，这就是卡门涡街现象。

这种涡旋不仅给我们带来了美观的视觉效果，还有助于增大水流的速度，减少水流的压力。

2. 风洞：在航空航天领域中，风洞是模拟空气流动的实验设备。

在风洞中，通过控制空气流动的速度和压力来模拟不同飞行速度下的空气动力学效应。

卡门涡街在风洞中的应用非常广泛，可以帮助研究人员更好地理解空气流动的特性，优化飞行器的设计。

3. 汽车尾部设计：在汽车设计中，尾部的空气动力学特性对汽车的性能和燃油经济性有很大的影响。

卡门涡街的应用使得汽车设计师能够通过合理的尾部设计来减少空气阻力，提高汽车的行驶稳定性和燃油经济性。

4. 水力发电站：在水力发电站中，水流通过水轮机转动发电机产生电能。

为了提高水流的速度和压力，减少能量损失，发电站的水轮机进口一般采用收缩型流道，从而产生卡门涡街现象，以提高发电效率。

5. 船舶设计：在船舶设计中，船体的外形和船底的凹凸设计对船舶的阻力和航行稳定性有很大的影响。

通过合理设计船底的凹凸形状，可以形成卡门涡街，减少船舶的阻力，提高航行速度和燃油经济性。

6. 烟囱设计：在建筑物的烟囱设计中，为了提高烟气的排放效率，减少烟囱内的阻力，常常采用收缩型烟囱设计，通过形成卡门涡街，提高烟气的速度和排放效率。

7. 燃烧器设计：在工业燃烧器的设计中，为了提高燃烧效率和燃烧稳定性，常常采用收缩型燃烧器设计，通过形成卡门涡街，使燃料和空气混合更加均匀，提高燃烧效率和减少污染物排放。

8. 水处理：在水处理领域，卡门涡街的应用可以提高水流的速度和压力，从而增加水处理设备的处理能力，提高水处理效率。

烟囱效应下室内流场分布特性一、烟囱效应概述烟囱效应，又称为烟囱抽力效应或热压效应，是指在建筑物内部由于温度差异引起的空气流动现象。

当建筑物内部的某一部分温度较高时，热空气上升，形成低压区，而外部的冷空气则被吸入填补这一低压区，从而产生一种垂直的空气流动。

这种现象在建筑设计和火灾安全中具有重要的意义。

1.1 烟囱效应的基本原理烟囱效应的基本原理是热力学中的浮力原理。

当空气受热时，其密度降低，从而产生向上的浮力。

这种浮力推动热空气上升，形成上升气流。

同时，由于空气的连续性原理，上升气流会带动周围空气的流动，形成烟囱效应。

1.2 烟囱效应的影响因素烟囱效应的强度和特性受到多种因素的影响，包括：- 建筑物的高度：建筑物越高，烟囱效应越明显。

- 热源的位置：热源位置的高低和分布会影响气流的分布。

- 建筑物的通风条件：通风口的设置和大小会影响空气流动的路径和速度。

- 外部环境：如风速、温度等外部环境因素也会影响烟囱效应。

1.3 烟囱效应的应用场景烟囱效应在多个领域都有应用，如：- 建筑设计：合理利用烟囱效应可以提高建筑物的自然通风效率。

- 火灾安全：了解烟囱效应有助于评估火灾时的烟气扩散路径和速度。

- 能源利用：烟囱效应可以用于提高太阳能烟囱的效率。

二、室内流场分布特性分析室内流场分布特性是指在烟囱效应作用下，室内空气流动的模式和特性。

这些特性对于评估室内空气质量和安全至关重要。

2.1 室内流场的基本模式室内流场的基本模式包括：- 单一上升流：热空气从热源处直接上升，形成单一的上升气流。

- 多层上升流：在多层建筑中，每一层都可能形成上升气流，相互叠加。

- 螺旋上升流：在特定条件下，热空气可能形成螺旋状上升的流场。

2.2 室内流场的影响因素室内流场的分布特性同样受到多种因素的影响，包括：- 热源的类型和强度：不同类型的热源（如燃烧、电器等）和其强度会影响流场的形态。

- 室内空间布局：房间的大小、形状和内部布局会影响空气流动的路径。

烟囱原理应用全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：烟囱是用来排放燃烧过程中产生的废气和烟尘的设施，它通过其特殊的结构和原理，能够有效地将废气排出，并避免对环境造成污染。

在工业生产和家庭生活中，烟囱被广泛应用，起到了至关重要的作用。

烟囱的原理是基于热力学和流体力学的知识。

在燃烧过程中，燃料燃烧产生热量和废气，废气中包含有害物质和颗粒物。

而正是这些废气和烟尘会对环境和人类健康造成危害。

烟囱的作用就是利用燃烧释放的高温热气体产生的热对流作用，将废气迅速排出，并通过烟囱将其排出到空气中高空的地方，减少对周围环境的污染。

烟囱的结构通常由砖石、混凝土等材料构建而成，具有一定的高度和直径。

在烟囱内部，通常会设置导流板或分隔板，以增加热流体的流速，提高排烟效率。

烟囱的高度和直径也会影响其排烟效果，一般来说，烟囱高度越高，排烟效果越好。

烟囱在工业生产中有着重要的应用。

在许多工厂和厂房中，都会安装烟囱来排放燃烧废气。

火力发电厂、化工厂等工业生产过程中都会产生大量废气和烟尘，如果没有烟囱来排放这些废气，将会对周围环境产生严重污染。

而烟囱能够有效地将废气排出到空气中高空的地方，降低对周围环境的影响，保护环境的清洁。

在家庭生活中，烟囱也有着重要的应用。

在使用燃烧器具如壁炉、火炉等时，废气和烟尘也会产生，如果没有烟囱将这些废气排出，将会对居住环境造成危害。

家庭中通常也会安装烟囱，将燃烧产生的废气排放到室外，保障居住环境的清洁和舒适。

除了排放废气，烟囱还可以通过其结构和原理，起到保温和防雨的作用。

烟囱内部通常会有一层绝缘材料，用来减少内部热量散失，保持排烟效率。

烟囱的外部也会设置一些防雨设施，防止雨水渗入烟囱内部影响其正常使用。

第二篇示例：烟囱是指用于排放烟气的建筑物结构，主要应用在工业、商业、住宅等建筑中。

烟囱的原理和应用十分广泛，不仅可以排放烟气、废气，也可以通过巧妙设计，实现热量回收、环保减排等功能。

本文将探讨烟囱的原理、应用以及未来发展趋势。

第2章 流体静力学2.1 大气压计的读数为100.66kPa(755mmHg)，水面以下7.6m 深处的绝对压力为多少？知：a a KP P 66.100= 3/1000m kg =水ρ m h 6.7= 求：水下h 处绝对压力 P解：aa KP ghP P 1756.71000807.96.100=⨯⨯+=+=ρ 2.2 烟囱高H=20m ，烟气温度t s =300℃，压力为p s ，确定引起火炉中烟气自动流通的压力差。

烟气的密度可按下式计算：p=（1.25-0.0027t s ）kg/m 3，空气ρ=1.29kg/m 3。

解：把t 300s C =︒代入3s (1.250.0027)/s t kg m ρ=-得3s (1.250.0027)/s t kg m ρ=-33(1.250.0027300)/0.44/kg m kg m=-⨯=压力差s =-p ρρ∆a （）gH ，把31.29/a k g m ρ=，30.44/s kg m ρ=，9.8/g N kg =，20H m =分别代入上式可得s =-20p Paρρ∆⨯⨯a （）gH=(1.29-0.44)9.8166.6Pa =2.3 已知大气压力为98.1kN/m 2。

求以水柱高度表示时：（1）绝对压力为117.2kN/m 2时的相对压力；（2）绝对压力为68.5kN/m 2时的真空值各为多少？解：（1）相对压力：p a =p-p 大气=117.72-98.1=19.62KN/2m以水柱高度来表示：h= p a/ g ρ=19.62* 310 /（9.807* 310）=2.0m（2）真空值：2v a p =p p=98.168.5=29.6/m KN --以水柱高度来表示：h= p a/ g ρ=29.6* 310 /（9.807* 310）=3.0m2.4 如图所示的密封容器中盛有水和水银，若A 点的绝对压力为300kPa ，表面的空气压力为180kPa ，则水高度为多少？压力表B 的读数是多少？解：水的密度1000 kg/m 3，水银密度13600 kg/m3A 点的绝对压力为：)8.0(20g gh p p Hg o h A ρρ++=300⨯310=180⨯310+1000⨯9.8h+13600⨯9.8⨯0.8求得：h=1.36m压力表B 的读数p (300101)199g a p p KPa KPa =-=-=2.5 如图所示，在盛有油和水的圆柱形容器的盖上加载F=5788N 已知h 1=50cm ，h 2=30cm ，d=0.4cm ，油密度ρ油=800kg/m 3水银密度ρHg =13600kg/m 3，求U 型管中水银柱的高度差H 。

[陈书7-6] 烟囱直径m d 1=，烟量h k 69.17g q m =，烟气密度3k 7.0m g =ρ，周围大气密度32.1m Kg a =ρ，烟囱内压强损失gVd h P w 2035.02=∆，V 为烟囱内烟气流动的速度，h 为烟囱高度。

为保证烟囱底部断面1处的负压不小于mm 10水柱，烟囱的高度h 应大于（或小于）多少？［解］ 此题用Bernoulli 方程求解。

对1、2断面列出总流的伯努利方程：w h gV gp z gV gp z +++=++222212221111αραρ（1）由质量守恒可知：21V V = 再假定动能修正系数：121==αα 式（1）可简化为：w h gp z g p z ++=+ρρ2211（2）()w h z z g p p --=-2112ρ（3）断面1处的负压：111p p p aV-=，移项可得：Vap p p 111-= 而断面2处的压强为当地的大气压，即： ap p 22= 其中ap 1和ap 2分别为断面1、2处的大气压 将以上各式代入（3）式得：()()w Vaa h z z g p p p--=+-21112ρ（4）而：gh p p a aa ρ=-12，h z z =-21 代入（4）式得：()gh h h g p a w Vρρ--=1（5）依题意，能量损失：gVd h P h w w 2035.02=∆=代入（5）式：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=a a Vdg V gh gh dg Vgh p ρρρρ2035.012035.01221移项得：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=a Vdg V g p h ρρ2035.0121（6）令w ρ为水的密度，负压可用h ∆高的水柱表示为：h g p w V∆=ρ1 代入（6）得：a w dg Vhh ρρρ-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆=2035.012将流速：24dq V mρ=代入上式，得：a m w g d q hh ρρρρ-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-∆=322216035.01（7）将：mm h 10=∆、210s m g =、3k 2.1m g a =ρ、3k 7.0m g =ρ、3k 1000m g w =ρ、h k 69.17g q m =和m d 1=代入（7）式得：()m h 20-=因为：h z z =-21，所以：m h z z 2012=-=-【陈书7-10】 将一平板伸入水的自由射流内，垂直于射流的轴线。

流体流动习题(计算题)解答------------------------------------------作者------------------------------------------日期习题解答1-41一敞口贮槽中装有油（密度为917kg/m 3）和水，液体总深度为3.66m ，其中油深为3m 。

试计算油水分界处及贮槽底面的压力，分别用绝压和表压表示。

（当地大气压为101.3kPa ）解：油水分界处：表压：kPa gh p 0.27381.9917111=⨯⨯==ρ 绝压：kPa p 12810013.1107.2541=⨯+⨯= 贮槽底面的压力：表压：kPa gh p p 5.3366.081.91000107.242212=⨯⨯+⨯=+=ρ 绝压：kPa p 13510013.110347.3542=⨯+⨯=1-42用U 形压力计测量容器内液面上方的压力，指示液为水银。

已知该液体密度为900kg/m 3，h 1=0.3m ，h 2=0.4m ，R=0.4m 。

试求： （1）容器内的表压；（2）若容器内的表压增大一倍，压力计的读数R ‘。

解：（1）如图，1-2为等压面。

)(211h h g p p ++=ρ gR p p a 02ρ+= gR p h h g p a 021)(ρρ+=++ 则容器内表压：kPa h h g gR p p a 2.4781.97.090081.94.013600)(210=⨯⨯-⨯⨯=+-=-ρρ（2）当容器内的表压增大一倍时，此时2'2'2RR h h -+= 习题1-42 附图h 1 h)2()('21'02'1'0'RR h h g gR h h g gR p -++-=+-=ρρρρ表整理得 2/)2/(021'g g R h h g p R ρρρ--++=‘表m 77.02/81.990081.913600)2/4.07.0(81.9900102.4723=⨯-⨯-⨯⨯+⨯⨯=1-43如图所示，用复式压差计测量某蒸汽锅炉液面上方的压力，指示液为水银，两U 形压差计间充满水。

超高层建筑的烟囱效应原理和实例烟囱效应简介烟囱效应的产生。

在有共享中庭、竖向通风（排烟）风道、楼梯间等具有类似烟囱特征——即从底部到顶部具有通畅的流通空间的建筑物、构筑物（如水塔）中，空气（包括烟气）靠密度差的作用，沿着通道很快进行扩散或排出建筑物的现象，即为烟囱效应。

是指户内空气沿著有垂直坡度的空间向上升或下降，造成空气加强对流的现象。

最常见的烟囱效应是火炉、锅炉运作时，产生的热空气随著烟囱向上升，在烟囱的顶部离开。

因为烟囱中的热空气散溢而造成的气流，将户外的空气抽入填补，令火炉的火更猛烈。

烟囱效应亦可以是逆向的。

当户内的温度较户外为低(例如夏天使用空调时)，气流可以在烟囱内向下流动，将户外空气从烟囱抽入室内。

烟囱效应的强度与烟囱的高度，户内及户外温度差距，和户内外空气流通的程度有关。

在高楼大厦的环境内，烟囱效应可以是令火灾猛烈加剧的原因。

在低层发生的火灾造成的热空气，因为密度较低，经电梯槽或走火通道内得以往上流动，使高热气体不断在通道的顶部积聚，结果是使火势透过这种空气的对流在大厦的顶层制造另一个火场。

不单使扑救变得更困难，更会危及前往天台逃生的人员的生命安全。

高层建筑烟囱效应分析烟囱的主要作用是拔火拔烟，排走烟气，改善燃烧条件。

高层建筑内部一般设置数量不等的楼梯间、排风道、送风道、排烟道、电梯井及管道井等竖向井道，当室内温度高于室外温度时，室内热空气因密度小，便沿着这些垂直通道自然上升，透过门窗缝隙及各种孔洞从高层部分渗出，室外冷空气因密度大，由低层渗入补充，这就形成烟囱效应。

烟囱效应是室内外温差形成的热压及室外风压共同作用的结果，通常以前者为主，而热压值与室内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比。

这说明，室内温度越是高于室外温度，建筑物越高，烟囱效应也越明显，同时也说明，民用建筑的烟囱效应一般只是发生在冬季。

就一栋建筑物而言，理论上视建筑物的一半高度位置为中和面，认为中和面以下房问从室外渗入空气，中和面以上房间从室内渗出空气。

烟囱抽力烟囱抽力高度HH愈大，也即烟囱愈高，抽力愈大空气温度外界空气温度愈低，抽力愈大)烟气温度烟气温度愈高，抽力愈大烟囱内外气体温度不同而引起气体密度差异，这种密度差异产生压力差，即烟囱抽力，它克服阻力推动烟气流动。

烟囱底部处于负压状态是烟囱底部产生抽力的原因。

根据抽力公式h抽=H( γ空—γ气)，可以知道，影响烟囱抽力的因素主要是三个，即H,γ空,γ气。

(1)高度H的影响：由公式可知，H愈大，也即烟囱愈高，抽力愈大；H愈小，也即烟囱愈低，抽力愈小。

(2)空气温度的影响：由公式可知，在H、γ气不变的情况下，γ空愈大，亦即外界空气温度愈低，抽力愈大。

同是一个烟囱，在闸板开度一样的情况下，冬天的抽力比夏天大，晚上的抽力比白天大，这就是因为冬天、晚上外界空气的温度比夏天、白天低，γ空比较大。

(3)烟气温度的影响：由公式可知，在H、γ空不变的情况下，γ气愈大，亦即烟气温度愈低，抽力愈小；γ气愈小，亦即烟气温度愈高，抽力愈大。

新窑投产时，烟囱抽力很小，工人师傅常常在烟囱底部烧一把火，以提高烟囱内气体的温度，借以加大抽力，就是这个道理。

在烟囱设计时，要全面考虑上述因素对抽力的影响，不能只抓一点，不及其余。

例如，烟囱愈高，抽力固然愈大，但也不能过高。

因为烟囱愈高，基础愈要求坚固，砌筑质量也要随之提高，造价也就因而增大。

再如，烟气温度愈高，抽力固然愈大，但随着烟气带走的热量也就愈多，增加了热能的耗损，使窑炉热效率降低。

周围空气的温度是不以人的意志为转移的，但在烟囱设计时，应该考虑该地区的气候，按该地区夏天最高气温来确定空。

所以，在烟囱设计时，应该综合考虑各方面的因素，权衡利弊，合理设计。

确定烟囱抽力时，为保证最小抽力达到要求，要以夏季最高温度和当地最大空气湿度进行计算。

如何增加烟囱的抽力2014-01-23 18:14热心网友“烟囱越高,排烟能力越好”“越高空气压强越小”这两句话都没错，但烟囱越高排烟能力越好绝不是因为越高空气压强越小造成的，如果真的是这原因造成的，别说烟囱里的空气会自己往上流，就是地面的空气也全都往上跑了，下面给你解释原因吧。