Схема движения дымовых газов
4. Характер движения газов в дымооборотах печей
Без знания законов движения газов в каналах невозможно правильно сконструировать внутреннее устройство печи, а поэтому мы обратимся к основным явлениям, связанным с движением газов.
Поскольку изучение движения газов представляет некоторую трудность, то мы проиллюстрируем это понятие на примере движения жидкости, так как некоторые законы движения жидкости газов одинаковы. Обозначив движение жидкости линиями, которые называются линиями тока, изобразим графически величину скорости течения жидкости и газа. В тех местах, где скорость больше, линии тока проведены гуще и, наоборот, где скорость меньше, линии тока реже. Если через поперечное сечение трубы проходит одинаковое количество жидкости, то такое движение называется установившимся.
В трубе одинакового сечения (рис. 27, а) по всей ее длине скорость движения частиц жидкости одинакова (при отсутствии требования); линии тока на рисунке показаны параллельными и распределены всюду одинаково. При движении же вдоль трубы с неодинаковым сечением (рис. 27, б) скорости эти различны.
Рис. 27. Схемы движения жидкости в трубах с одинаковым и различным сечениями
Обозначим скорость течения жидкости в сечении S1 трубы через ν1, а в сечении S2 — через ν2 (рис. 27, в). При установившемся течении количество воды, протекающее в 1 сек. через поперечное сечение трубы S1, равно количеству воды, протекающему через сечение S2 этой же трубы. Можем записать:
откуда следует, что
т. е. при установившемся течении скорости движения частиц жидкости обратно пропорционально площадям сечения трубы.
В текущей жидкости различают статическое и динамическом давление. Причиной статического давления, как и в случае неподвижной жидкости, является ее сжатие. Статическое давление является в напоре на стенку трубы, по которой течет жидкость. Динамическое давление обуславливается скоростью течения жидкости. Чтобы обнаружить это давление, надо затормозить жидкость и тогда оно, как и статическое давление, проявится в виде напора. Сумма статического и динамического давлений называется полным давлением.
Практически для измерения давлений внутри движущейся жидкости или газа применяют узкие манометрические трубки. Статическое давление измеряется с помощью манометрической трубки плоскость которой расположена параллельно линиям (рис. 28, а). Если жидкость в трубе находится под давлением в манометрической трубке она поднимается на некоторую высоту h, соответствующую статическому давлению в данном месте трубы. Полное давление измеряют трубкой, плоскость отверстия которой расположена перпендикулярно линиям тока (рис. 28, б). Такой прибор называется трубкой Пито. Жидкость, попав в трубку через отверстие, останавливается на некоторой высоте.
Рис. 28. Давление движущейся по трубе жидкости: h — статическое; H — полное
Высота столба жидкости Н в манометрической трубке будет соответствовать полному давлению жидкости в данном месте трубы.
Если измерить статическое давление в движущейся жидкости в различных частях трубы переменного сечения (рис. 29), то окажется, что в узкой части трубы оно меньше, чем в широкой ее части. Скорость течения жидкости, как известно, обратно пропорциональны площадям сечения трубы, давление в движущейся жидкости зависит от скорости ее течения.
Рис. 29. Давление движущейся по трубе жидкости больше в широкой части и меньше в узкой
Итак, при установившемся движении жидкости в местах сужения каналов давление жидкости понижено, в местах, расширения повышено.
Явления, с которыми мы познакомились на примерах движущейся жидкости, относятся и к движению газов. Рассмотрим теперь практическое использование этих явлений.
Для чего нужны, например, широкие и узкие каналы труб, подъемы, спуски, повороты? При конструировании печей эти вопросы очень важны. Дымовые газы во много раз легче воды, поэтому характер их движения отличается от движения воды. В силу своей тяжести вода, текущая по трубе, заполняет нижнюю часть трубы, движущийся же по трубе газ, наоборот, заполняет верхнюю часть трубы. Из этого следует, что если в потоке воды встречен выступающее снизу препятствие в виде порога (рис. 30, а), то уровень воды перед ним сначала повысится и затем вода начинает переливаться, а чтобы остановить газовый поток в горизонтом канале, нужно вверху под перекрытием канала сделать тогда уровень газового потока понизится и газ будет обходить порог снизу (рис. 30, б).
Рис. 30. Обтекание порога в канале: а — водой; б — газом
Остановимся еще на одном важном явлении — на внутреннем в жидкостях и газах. Известно, что если одно тело скользит или катится по поверхности другого, то возникает сила трения, тормозящая движение тела. На опыте можно убедиться что и между слоями газа и жидкости, движущимися относите, друг друга, также возникаю силы, замедляющие движение одних слоев и ускоряющие движение других. Эти силы называют силами внутреннего трения. В печном деле это имеет то значение, что на пути движения газов устраивают препятствия в виде сужения которые, притормаживая движущиеся газы, способствуют большей теплоотдаче на стены дымоходов. Например, выход горячих дымовых газов и пламени и топливника в дымообороты происходит через хайло, которое по размерам должно быть меньше площади сечения дымохода на 1 /3. Выход дымовых газов через вьюшку или задвижку также несколько сужается и далее, в пределах разделки и потолка, дымоход имеет вид конуса.
Движение дымовых газо в дымооборотах можно сравнить с движением массы воды в реках, где у берегов вода течет медленнее, чем в середине, в широких местах медленее, чем в узких. Газы также у стенок дымоходов движутся медленнее, чем в центре дымохода.
Источник статьи: http://bani-i-sauni.ru/books/item/f00/s00/z0000018/st021.shtml
Схема движения дымовых газов
Конструкции дымооборотов и движение дымовых газов.
Не будем подробно останавливаться на теории движения дымовых газов в печах, а лишь вкратце опишем некоторые полезные сведения, о которых нужно знать начинающему печнику. Ведь мы не собираемся выкладывать собственную конструкцию печи. Это чревато многими ошибками, которые могут сделать вашу печь неработоспособной. Но при использовании уже готовых и испытанных временем чертежей печей эти сведения вам могут пригодиться.
Итак, топливник. Что важно знать о нем? В топливнике происходит сгорание топлива и его стенки принимают большую часть тепловой нагрузки. Все тепло, которое выделяется при сгорании распределяется следующим образом: часть тепла уходит на образование тяги, другая часть аккумулируется в стенках самого топливника и часть тепла от сгоревшего топлива накапливается в стенках каналов, по которым проходят дымовые газы. Чем больше таких каналов, тем больше остается тепла в массиве печи, но, собственно, тем меньше тепла остается на образование самой тяги.
В дымовую трубу будут уходить недостаточно горячие газы, что неизбежно может привести к снижению самой тяги и образованию конденсата на стенках дымоходов.
Приведем несколько схематических примеров существующих дымооборотов. На рисунке а) и б) показана многооборотная система с горизонтальным и вертикальным размещением каналов. В современной практике такие печи стараются уже не использовать, так как они имеют множество недостатков.
Один из них описан выше, из-за увеличения числа каналов нарушается тяга, возможно попадание угарных газов в жилое помещение.
На рисунке в) показана система дымооборота, лишенная вышеописанных недостатков, тяга будет создаваться хорошо. Но за счет того, что каналов минимальное количество, прогрев массива печи будет осуществляться дольше, то есть вырастет расход топлива.
Но если печь используется постоянно, то очень хорошо зарекомендовали себя печи с параллельными нисходящими каналами (рисунок г)), то есть имеется один восходящий канал от топливника, который переходит в один (в) или несколько нисходящих. Такая печь будет прогреваться быстрее и равномернее. За счет простоты расположения каналов будет создаваться наименьшее сопротивление для обеспечения тяги. Единственным недостатком такой печи, это возможное обратное опрокидывание газов в дымовой трубе при длительном перерыве в топке.
Можно задать вопрос, зачем же тогда использовать различные варианты каналов, если они приводят к различным недостаткам? Есть такие конструкции печей, в которых каналы вообще не используют (рисунки д) и е)). После топливника раскаленные дымовые газы поступают через хайло непосредственно в другую большую камеру, которая называется подтопочной. Газы поднимаются вверх до перекрыши и нагревают в первую очередь её, потом, остывая, они опускаются вниз, прогревая стенки печи, и уходят в дымовую трубу. Такое устройство печи будет иметь довольно высокий к.п.д. и низкое сопротивление, но и тут существуют свои недостатки.
Первый, это низкое расположение выхода для дымовых газов. Из-за этого, при такой конструкции дымооборота, выход газов нужно делать или через дымовой канал в капитальной кирпичной стене, или через коренную дымовую трубу, то есть насадные дымовые трубы использовать нельзя.
Вторым недостатком является перегрев верхней части печи за счет прямого поступления раскаленных газов. Чтобы этого не происходило, немного усложняют конструкцию, пропуская дымовые газы через насадки (рисунок е)) из кирпича, уложенного на ребро. Каждый ряд такой насадки повернут относительно предыдущего на девяносто градусов. Такие печи называются бесканальными, колпаковыми.
Итак, мы рассмотрели различные системы используемых систем дымооборотов печей с их положительными качествами и недостатками. Давайте теперь на примере простой отопительной печи определимся в назначении каждой ее отдельной части.
Самое основное, что должна иметь отопительная печь это зольная камера, топливник, дымообороты и дымовая труба.
Зольная камера Б находится под топливником, имеет дверку, называемую поддувальной и ограничена сверху колосниковой решеткой, через которую в зольную камеру проваливаются продукты сгоревшего топлива – зола и шлак, а топливник получает свежий воздух для поддержания горения.
Выше зольной камеры находится более крупная камера для сгорания топлива – топливник, имеющий топочную дверку, через которую загружается топливо и производится чистка от остатков горения – сажи и золы. Низ топливной камеры (под) делается под уклон путем стесывания кирпичей для того, чтобы несгоревшее топливо скатывалось на колосниковую решетку, где постоянно присутствует подпор свежего воздуха для горения. Выход из топливной камеры, через который выходят горячие дымовые газы называется хайло. Через хайло дымовые газы поступают в дымообороты, где отдают свое тепло массиву печи, после чего, через дымовую трубу выводятся наружу.
Дымовая труба и дымообороты очень чувствительны к качеству кладки, так как любое сужение или поворот создают лишнее сопротивление движению газов, что может отрицательно сказаться на образовании тяги и тепловоспринимающей способности печи. Стенки дымооборотов должны быть гладкими и ровными, но затирать их глиняным кладочным раствором категорически нельзя, потому что глина плохо проводит тепло, что приведет к нарушению теплообмена и не позволит раскаленным дымовым газам полностью отдать свое тепло.
И напоследок, некоторые важные тонкости: площадь сечения перевала как минимум в два раза должна быть больше сечения канала, который будет следующим по ходу движения газов. То же относится и к сечению подвертки, с той лишь разницей, что не в два раза, а около 1,4 – 1,8. Это нужно для того, чтобы дымовые газы, проходящие через подвертку доставали до дна канала и прогревали его. Так же нужно уделить особое внимание качеству кладки перекрыши и верха дымовых каналов.
Мы рассмотрели принцип работы и отдельные части отопительной печи. Напоминаем вам, что при кладке печей желательно пользоваться чертежами и порядовками, где определено место для каждого кирпича с учетом перевязки рядов.
Источник статьи: http://dvors.ru/pechi1/gorenie.htm
Справочник | Инженерные системы
Вы здесь
Схема движения газов в каналах (дымоходах)
Схема движения газов в дымоотводящих каналах печи — один из наиболее важных параметров в при ее постройке. За исключением печей специального назначения, выделяются следующие типы:
1. С параллельными каналами (одно– или двухоборотные).
2. Последовательного соединения (одно– или многооборотные).
3. Бесканальные (колпаковые).
4. С комбинированной системой дымовых каналов.
Схема движения газов в каналах (дымоходах): а — многооборотная; б — однооборотная с одним опускным каналом; в — однооборотная с тремя опускными каналами; г — бесканальная
Дымообороты (дымоходы) в отопительных печах — это каналы, расположенные внутри массива печи, которые соединяются с топливником и дымовой трубой. Дымоходы бывают короткие или длинные извилистые, с одним или несколькими поворотами — дымооборотами, которые располагаются различным образом. Часто их называют дымовыми каналами или просто каналами. Они бывают вертикальные (стоячие) и горизонтальные (лежачие), а также подъемные и опускные. Переход из одного канала в другой поверху называют перевалом, а такой же переход внизу — подверткой. Обычно сечение каналов бывает: кирпич на кирпич (260х260 мм), кирпич на половину кирпича (260х130 мм), половина кирпича на половину (130х130 мм). Это наиболее удобные размеры, другие применять не рекомендуется. Внутренние поверхности каналов должны быть как можно глаже и ровнее, что уменьшает сопротивление проходу дымовых газов.
Назначение всех каналов — восприятие тепла от сгораемого топлива. В дальнейшем это тепло передается массиву печи. Все дымообороты должны иметь достаточное сечение для свободного пропускания всего объема дымовых газов. Излишние (большие) размеры каналов уменьшают скорость движения газов и поэтому требуют увеличения размеров печи. Уменьшение скорости продвижения газов снижает прогревание печи в целом. Следовательно, размеры каналов имеют большое значение. Нормальная температура отходящих газов из печи перед выходом в дымовую трубу считается 120—140° С. Высокая температура, — примерно 250—300° С, говорит о заниженной поверхности дымооборотов. Напомним, что слишком низкая температура отходящих газов (ниже 100° С) говорит о том, что излишне «разбиты» (велики) поверхности стенок дымооборотов. Это может привести к конденсату, который, проникая через кладку, постепенно разрушает ее. Печь должна равномерно прогреваться. Перегрев верхней части нежелателен, так как в этой зоне тепло мало способствует равномерному обогреву жилого помещения. Немалую роль играет общая протяженность дымооборотов и особенно количество поворотов, усиливающих сопротивление дымовым газам во время прохода. Все это учтено в рекомендуемых печах. Системы дымооборотов в печах бывают разными: канальными, бесканальными и смешанными, малооборотными и многооборотными. Малооборотные системы имеют один подъемный канал и один или несколько опускных, соединенных параллельно, и газы в них идут в одном направлении.
Многооборотные системы построены так, что дымовой канал состоит из последовательно соединенных вертикальных и горизонтальных участков, где газы, направляясь к трубе от топливника, преодолевают большое количество оборотов.
Печи с такой системой оборотов прогреваются весьма неравномерно, требуют повышенной тяги, а обилие оборотов повышает оседание сажи. Очищать такие печи очень трудно. В бесканальной, колпаковой, системе дымовые каналы отсутствуют, а над топливником имеется камера в виде колпака. Из топливника под камерой проходит входное отверстие, а также боковое отверстие для отвода охлажденных газов. Работает печь так: горячие газы попадают в колпак из топливника, поднимаются до перекрыши печи, расходятся по стенкам и нагревают их, а остывая, опускаются вдоль стен к низу камеры и через второе боковое отверстие попадают в трубу. Для лучшего нагревания часто в колпаке делают продольные перегородки на всю его высоту, образуя как бы колодцы. Эта система проста в выполнении, имеет наименьшее газовое сопротивление. К недостатку можно отнести перегрев верхней части печи. Такие печи конструктора В. А. Потапова имеются в данном разделе. Они даны в двух вариантах подключения их к коренной или стенной трубе или к насадной трубе.
В системе с преимущественным нижним прогревом обеспечивается наибольший нагрев нижний части печи. Работает печь так. Сначала горячие газы из топливника опускаются вниз, нагревая нижнюю часть печи, слегка охлаждаясь, они направляются вверх. Верхняя часть системы делается или однооборотной, или в виде колпака. Эта система является наиболее рациональной из всех существующих.
Для дачи или загородного домика выгоднее всего строить печь средних размеров, в этом случае рекомендуется использовать конструкцию с параллельным размещением каналов. В этом случае сопротивление выходящим газам уменьшается за счет короткого пути, а для полноценного сгорания топлива требуется меньшая тяга.
Источник статьи: http://es.novosibdom.ru/node/115
