氣體靜力平衡方程

　　氣體靜力平衡方程是研究靜止氣體的壓力變化的平衡方程式。實(shí)際上自然界中并不存在處于絕對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)的氣體。但可以認(rèn)為某些情況下的氣體(如氣誰(shuí)中的煤氣，加熱爐內(nèi)非流動(dòng)方向上的煙氣等)是處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)就這種相對(duì)靜止抉態(tài)氣體的壓力變化規(guī)律加以討論如、下;

　　1.氣體絕對(duì)壓力的變化規(guī)律

　　如圖1-3所示，在靜止的大氣中截取一底面積為了米2，高為H米的長(zhǎng)方休氣柱。如果氣柱處于靜止?fàn)顟B(tài)，則此氣柱在‘，y,z軸方向的作用力將保持平衡狀態(tài)。即作用在r,z軸上各作用力投影的代數(shù)和必為零。即,P==Y-Pv=}P,=O(此式為靜力乎衡條件)

　　由于氣柱在水平方向上只受到外部大氣的壓力作用，則由巴斯加原理可知:氣體柱在同一水平面前后(z軸方向)和左右(二軸方向)所受到的外部壓力是大小相等方向相反的，正是這些互相抵消的壓力才使得氣柱能夠在水平方向上保持力平衡。而在垂直方向上(即y軸方向)氣柱受到三個(gè)力的作用即:式1-17就是氣體絕對(duì)壓力沿高度變化規(guī)律的平衡方程式，它說(shuō)明:靜止氣體沿高度方向絕對(duì)壓力變化的規(guī)律是:下部氣體的絕對(duì)壓力始終大于上部氣體的絕對(duì)壓力，下兩水平面間的絕對(duì)壓力之差將恒等于此兩平面間的距離H與此氣體在實(shí)際狀態(tài)下的乎均密度P和重力加速度9的乘積。式1-17適用于任何靜止?fàn)顟B(tài)下的氣體和液體。但要注意:應(yīng)用樸力平衡方程，除了必須是相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)外，同時(shí)密度(重度)要不隨高度而變化。所以當(dāng)兩水乎面間的高度差很大時(shí)，必須考慮由于氣壓和溫度變化而引起氣體密度變化而加以修正。這可由狀態(tài)方程導(dǎo)出的下式來(lái)加以計(jì)算之:此例說(shuō)明高空中的大氣壓力低于地平面的大氣壓力，并且是海拔愈高的山頂上其大氣壓力愈低。

　　2.氣體表壓力的變化規(guī)律

　　在工業(yè)爐內(nèi)或煙道、煙囪中多是密度較小的熱氣體，外面則是密度較大的冷空氣，研究冷熱氣休同時(shí)并存的靜力平衡規(guī)律，分析其表壓力的變化規(guī)律，既方便又能較好地說(shuō)明問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。如圖1-4所示:爐膛內(nèi)為實(shí)際密度P的熾熱護(hù)氣，爐外為實(shí)際密度p尹的大氣，爐氣在各截面的絕對(duì)壓力分別為P,.P2和Po相應(yīng)的表壓力分別為P*I.P::和Poo,現(xiàn)分析爐氣表壓力沿爐膛高度上的變化情況。式1-19為氣體靜力平衡方程的另一表現(xiàn)形式，它適用于任何與大氣同時(shí)存在的靜止氣體價(jià)高度方向上表壓力變化情況，其規(guī)律是，上部氣體的表壓力大于下部氣體的表壓力，兩面間的表壓力差等于氣柱的上升力(即H9(P'--P))。另外由圖1-4還可看出，當(dāng)把護(hù)門(mén)中心線0面處的滬氣表壓力控制為零壓時(shí)，則由式

　　這一結(jié)果與式1-19**相同。由于爐膛內(nèi)是高溫的滬氣其實(shí)際密度P總是小于大氣的實(shí)際密度P1，這樣我們從式(f)和(9)中不難看出:

　　(1)零壓面以上各點(diǎn)的表壓力為正，當(dāng)該點(diǎn)處有孔洞時(shí)護(hù)氣就會(huì)向大氣溢出，即爐氣的火焰將向爐外噴出，從而造成燃料的浪費(fèi)和對(duì)操作與設(shè)備的危害。

　　(2)零壓面以下各點(diǎn)的表壓力P*:為負(fù)壓值，故當(dāng)該處有孔洞時(shí)就會(huì)發(fā)生把大氣(冷空氣)吸入護(hù)內(nèi)的現(xiàn)象，這同樣也會(huì)造成爐溫的下降而使得憋耗增高。同時(shí)被吸入的冷空氣還將增加鋼料氧化鐵皮的生成量。所以軋鋼加熱爐必須按照爐內(nèi)表壓力的這一分布規(guī)律來(lái)**地控制護(hù)壓。一般是將零壓面控制在爐底水平面上，比如一座加熱爐操作規(guī)程中規(guī)定:爐膛零壓面應(yīng)控制在爐底的出料斜坡處，這時(shí)加熱段護(hù)頂?shù)谋韷毫Υ蠹s為:17.66-19.62帕(即1.8-2.0毫米水柱)左右。