气体静力平衡方程

　　气体静力平衡方程是研究静止气体的压力变化的平衡方程式。实际上自然界中并不存在处于**静止状态的气体。但可以认为某些情况下的气体(如气谁中的煤气，加热炉内非流动方向上的烟气等)是处于相对静止状态。现就这种相对静止抉态气体的压力变化规律加以讨论如、下;

　　1.气体**压力的变化规律

　　如图1-3所示，在静止的大气中截取一底面积为了米2，高为H米的长方休气柱。如果气柱处于静止状态，则此气柱在‘，y,z轴方向的作用力将保持平衡状态。即作用在r,z轴上各作用力投影的代数和必为零。即,P==Y-Pv=}P,=O(此式为静力乎衡条件)

　　由于气柱在水平方向上只受到外部大气的压力作用，则由巴斯加原理可知:气体柱在同一水平面前后(z轴方向)和左右(二轴方向)所受到的外部压力是大小相等方向相反的，正是这些互相抵消的压力才使得气柱能够在水平方向上保持力平衡。而在垂直方向上(即y轴方向)气柱受到三个力的作用即:式1-17就是气体**压力沿高度变化规律的平衡方程式，它说明:静止气体沿高度方向**压力变化的规律是:下部气体的**压力始终大于上部气体的**压力，下两水平面间的**压力之差将恒等于此两平面间的距离H与此气体在实际状态下的乎均密度P和重力加速度9的乘积。式1-17适用于任何静止状态下的气体和液体。但要注意:应用朴力平衡方程，除了必须是相对静止状态外，同时密度(重度)要不随高度而变化。所以当两水乎面间的高度差很大时，必须考虑由于气压和温度变化而引起气体密度变化而加以修正。这可由状态方程导出的下式来加以计算之:此例说明高空中的大气压力低于地平面的大气压力，并且是海拔愈高的山顶上其大气压力愈低。

　　2.气体表压力的变化规律

　　在工业炉内或烟道、烟囱中多是密度较小的热气体，外面则是密度较大的冷空气，研究冷热气休同时并存的静力平衡规律，分析其表压力的变化规律，既方便又能较好地说明问题的实质。如图1-4所示:炉膛内为实际密度P的炽热护气，炉外为实际密度p尹的大气，炉气在各截面的**压力分别为P,.P2和Po相应的表压力分别为P*I.P::和Poo,现分析炉气表压力沿炉膛高度上的变化情况。式1-19为气体静力平衡方程的另一表现形式，它适用于任何与大气同时存在的静止气体价高度方向上表压力变化情况，其规律是，上部气体的表压力大于下部气体的表压力，两面间的表压力差等于气柱的上升力(即H9(P'--P))。另外由图1-4还可看出，当把护门中心线0面处的沪气表压力控制为零压时，则由式

　　这一结果与式1-19完全相同。由于炉膛内是高温的沪气其实际密度P总是小于大气的实际密度P1，这样我们从式(f)和(9)中不难看出:

　　(1)零压面以上各点的表压力为正，当该点处有孔洞时护气就会向大气溢出，即炉气的火焰将向炉外喷出，从而造成燃料的浪费和对操作与设备的危害。

　　(2)零压面以下各点的表压力P*:为负压值，故当该处有孔洞时就会发生把大气(冷空气)吸入护内的现象，这同样也会造成炉温的下降而使得憋耗增高。同时被吸入的冷空气还将增加钢料氧化铁皮的生成量。所以轧钢加热炉必须按照炉内表压力的这一分布规律来正确地控制护压。一般是将零压面控制在炉底水平面上，比如一座加热炉操作规程中规定:炉膛零压面应控制在炉底的出料斜坡处，这时加热段护顶的表压力大约为:17.66-19.62帕(即1.8-2.0毫米水柱)左右。