伯努利方程解释烟囱的原理
2页烟囱的流体力学解释烟囱根部的吸力靠烟囱内热废气的浮力产生,猜想与烟囱高度有关。烟囱结构示意图如图1所示。此问题可以用流体力学中的伯努利方程近似地去解决。首先空气和废气可看做是理想流体、不可压缩流体,质量力为重力,流动参数不随时间变化为定常流动并且是沿流线的一维流动,所以符合伯努利方程的应用条件。首先取烟囱底部1-1截面和烟囱顶部2-2截面作为研究对象分析,废气从底部流向顶部的伯努利方程为: (1)其中,V1和V2为烟气速度,z1和z2为两截面高度,p1和p2为两截面处烟气的压强,为烟气密度。接着研究烟囱外空气,烟囱外空气可看做静止,V=0,列出伯努利方程: (2)其中,p1和p2是两处空气压强,空 为空气密度,且由于烟气温度高,体积膨胀,空气密度大于烟气密度。由(2)式减去(1)式得: (3)方程左侧为两截面处的压强差的差值即烟囱的吸力,右侧空气密度减去烟气密度大于零,V1和V2可在不考虑烟囱及烟道尺寸变化时近似看做相等,因此可得出一个结论:烟囱的吸力大小近似正比于高度差。提高烟囱高度可有效提高烟囱拔火力。参考文献1 归柯庭,汪军,王秋颖.工程流体力学.北京:科学出版社,2010.2 薛永生.烟道温度与烟囱吸力关系的讨论.科技风,2013(17).
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