為適應煉鐵工藝技術水平不斷提高的要求，中外冶金工作者進行了一些有益的研究，寶鋼煉鐵廠為實現高強度的冶鍊操作，在高爐送風系統設計中，採用了在送風支管的A-2管內澆注成文丘里管的結構，以測量送風支管的送風量。日本根據高爐噴煤的實際也在研究開發含有氧-煤燃燒器的高爐風口，我國冶金工作者也在研究適合大能力噴煤的長壽風口。
為真正充分開發送風裝置的功能，既保證恆定平穩均勻地送風，又能熱態計量，實現熱調熱控。鞍山鋼鐵學院經過兩年的基礎理論和實驗研究，利用氣體力學的等熵原理〔1〕，設計了一種新型送風裝置，在內型結構上有別於傳統風口的內型。實驗結果表明：高爐爐內壓力在一定範圍內波動時，這種新型的送風裝置能利用激波自動調節並抵制爐內壓力的波動，使風量恆定，進而實現穩定供風，穩定高爐的操作。該種送風裝置將成為煉鐵行業高爐風口更新換代的新設備。
1 基礎理論研究與分析
1.1 亞音速流與超音速流間的區別
氣體力學研究表明，氣體在流出時按其流出速度可分為亞音速(或音速)流和超音速流兩種情況〔2〕。
兩種氣體在流動狀態上，由於M(馬赫數)不同、氣體流速W、壓力P、密度ρ、溫度T的變化規律有明顯不同。
從本文研究的目的出發，我們關心的是兩種流動狀態下，氣體通過噴嘴流出時，其流量變化的不同。
亞音速氣體流量V可按下述公式計算：
式中 P0——原始壓力(或供風壓力)
P——出口壓力(可視為爐內壓力或反壓室壓力)
F出——噴嘴出口斷面面積
μ——流量係數
r——氣體重度
g——重力加速度
從(1)式可看出，在噴嘴幾何尺寸和溫度T一定時，F出、T、μ、r均為定數，g為常數，氣體流量V取決於噴嘴前後的壓差(P0-P)，即使原始供風壓力P0不變，當出口壓力P(可視為爐內壓力或反壓室壓力)有變化時，氣體流量V也隨其變化而改變。傳統的高爐風口絕大多數是收縮型，屬亞音速噴嘴，因而，每個高爐風口的風量隨爐內壓力的波動而改變。
超音速氣體流量可按下述公式計算：
式中 0.4——常數(空氣介質)
μ——流量係數
F臨——臨界截面積
P0——原始壓力(或供風壓力)
T0——滯止溫度
從(2)式可看出，在噴嘴幾何尺寸和溫度T0一定的情況下，F臨、T0、μ均為定數，g為常數，氣體流量V僅取決於原始壓力P0，這是超音速氣流在超音速噴嘴中流出的一個重要特點。高爐風口如採用超音速噴嘴，在供風壓力P0不變的情況下，風口的風量應該是恆定的。
1.2 激波的產生及其對流量的影響
開發和設計新型的高爐風口時，還必需考慮超音速氣流在前進過程中，受到爐內壓力的波動和障礙物(爐料)的影響而產生激波的情況。激波出現后，激波后的氣體變成亞音速流，激波前仍為超音速流，由於氣體流動的連續性，儘管激波后的氣流變成了亞音速流，但只要激波前還存在超音速流，流量就與爐內壓力無關，超音速高爐風口可在壓力波動一定範圍內流量保持不變，但並不是無限制的，究其原因，在於激波的位置和發展，它允許爐內壓力波動有一最大值，即激波的位置移動到超音速風
