В качестве примера рассмотрим струю восходящих горячих газов над костром. Такая струя образуется из входящих в костер снизу потоков холодного воздуха, которые собственно и нагреваются затем в зоне горения (рис.125). Горячая струя, ускоряясь при свободном подъеме, постепенно становится все более узкой (как и струя свободно падающей воды), а потому, казалось бы, способна в принципе зайти («попасть») в сколь угодно малое отверстие (свободно, не касаясь его краев), но на достаточно большой высоте. Однако, любой газовый поток увлекает за собой в движение (эжектирует, подсасывает, захватывает) за счет вязкости и турбулентности окружающий неподвижный газ. Вследствие этого, и сужающаяся струя горячих газов над костром (например, в виде «языка огня») формирует вокруг себя постепенно расширяющуюся и задымляющуюся оболочку из увлекаемого струей воздуха. Все это в виде единого и неделимого клубящегося «столба дыма» (как на рис.49 и 52) порой не может пройти свободно через отверстие и воспринимает отверстие как преграду. Так что реальные восходящие потоки дымовых газов зачастую не бывают полностью свободными (в смысле свободно ускоряющимися) не только из-за торможений окружающим воздухом (или стенками), но и из-за значительно более существенных порой всевозможных «захлебываний» (преимущественно оболочек). «Захлебывание» отверстия (рис. 125а) приводит к возникновению на преграде перепадов давления, за счет которых незакрепленная преграда может даже «всплывать» в потоке вверх («витать»), а над отверстием возникает зона разрежения, в которую подсасывается с боков воздух в струю восходящих горячих газов.

Таким образом, если отверстие велико, то столб восходящего газа (по аналогии с водопадом) свободно проходит через отверстие, не создавая ощутимых перепадов давления, поскольку гравитационные перепады давления «компенсируются» приростами скорости потока по формуле Бернулли. При уменьшении размера отверстия струя горячего газа (как и падающая струя воды) в какой-то момент касается краев отверстия, а потом уже и не «пролезает» полностью в отверстие (рис. 125а). Не в силах пройти через отверстие во всем фиксированном расходе, горячий газ неминуемо притормаживается и начинает накапливаться перед преградой (одновременно и растекаясь по потолку). Утолщающийся слой горячих газов перед отверстием автоматически увеличивает давление газа на входе в отверстие и повышает расход газа (точно так же, как и вода, накапливающаяся в дырявой кастрюле, повышает расход воды через дыры). Чтобы максимально повысить давление газа перед отверстием, надо предотвратить растекание горячего газа по потолку. Для этого создают запруду потокам горячего газа в виде зонта-дымосборника (рис.1256). Высоту зонта Ь необходимо увеличивать до тех пор , пока зонт не сможет «накопить достаточный напор горячего газа», чтоб затем «продавить» через трубу весь заданный расход горячего газа. Это является основой работы дымовой камеры камина (рис.125ж): чем меньше проходное сечение дымовой трубы, тем более высокой должна быть дымовая камера. На практике расход газа в камине зачастую предпочитают повышать не напором газов в дымовой камере, а разрежением в дымовой трубе, то есть увеличением высоты дымовой трубы Н (рис.125в). Это многократно повышает расход дыма при горячей трубе, но создает проблемы дымлений при холодной трубе на начальном этапе растопки (К. Микеля, Печи и камины, М.: Стройиздат, 1987 г.). Конусная форма зонта (дымовой камеры) обеспечивает более быстрое заполнение зонта горячими газами и более быстрый прогрев зонта, что также лежит в основе идеи дымового зуба (заужения).

Так или иначе, в установившемся режиме «захлебнувшейся» в устье у зуба дымовой трубы расход газа через камин определяется диаметром дымовой трубы и суммарной высотой дымовой камеры и дымовой трубы (рис 125г). Если диаметр дымовой трубы черезчур уменьшить, то дымовые газы станут «переливаться» через края зонта. Если же диаметр дымовой трубы черезчур увеличить (реализовав «водоводный» режим, а по-существу, костер), то «незахлебнувшаяся» дымовая труба сможет «свободно» пропускать дымовые газы, но при этом будет «свободно» пропускать через себя и «свободные» потоки холодного воздуха то через портал вверх (захолаживающие подсосы), то из трубы вниз при каждом порыве ветра (задымляющие помещения провалы).

Страницы: 1 2 3 4 5 6