WarmFires.ru

Рис. 127. Газодинамика безнапорных колпаков: а, б, в - транзитный газовый поток под холодным колпаком, а - холодный поток, б -тёплый поток, в - горячий поток, г, д, е - горячий газовый поток под колпаком с разной скоростью циркуляции газа внутри колпака, г -низкая естественная циркуляция за счёт электронагревателя малой мощности, д - средняя циркуляция от электронагревателя средней мощности, е - сильная циркуляция от электронагревателя большой мощности. 1 - циркуляционный поток, 2 - сквозной транзитный поток в дымоходе, 3 - электронагреватель, создающий свободную конвекцию (циркуляцию газа) внутри колпака (число линий характеризует мощность тепловыделения), 4 - возможный рассекатель - перегородка, 5 - встречный поток в дымоходе.

Скорость горячего газа, «вольно» огибающего (обтекающего) внутренние стенки колпака и успевающего при этом охладиться, расчитывается из формулы теплообмена Уо=а(2Н+а)Сррв, где а=10 Вт/м2-град -коэффициент теплопередачи, Н - высота колпака, а - ширина колпака, в - глубина колпака, Ср и р - теплоёмкость массовая и плотность горячего газа. При кубической форме колпака а=в=Н скорость Уо, при которой горячий газ успевает остыть в колпаке, составляет 0,1 м/сек. Именно при таких столь низких скоростях газа (обеспечивающих времена пребывания практически неподвижного газа в колпаке порядка 10 сек) свободный непроточный колпак становится проточным (способным пропустить через себя весь поступающий горячий газ за счёт «свободного движения газов») и начинает работать так, как считал Грум-Гржимайло (дым сигареты «вольно» поступающий в перевёрнутый стакан, вьётся у потолка, охлаждается и «вольно» покидает стакан «переливаясь» через его края). При более высоких скоростях горячий газ ведёт себя также, как струя фена, попадая в стакан и не успевая охладиться.

Оценить особенности «вольного» и «напорного» ввода можно очень легко: достаточно установить на оголовке дымящей дымовой трубы жестяной короб и проследить явления при вертикальном и горизонтальном вводе дыма. Или же взять металлическую бочку (кастрюлю) или даже пустую картонную коробку (из-под телевизора, холодильника и т. п.), сделать внизу два отверстия (например, на противоположных стенках внизу бочки или коробки) и направлять в одно из отверстий разные струи горячего газа. Так, например, в случае струи горячего фена (с расходом воздуха 30-70 м3/час, обычно близким к расходу воздуха в печах), и коробка, и бочка будут нагреваться сильней у выходного отверстия, чем на потолке. А если в бочку направить струю от газовой горелки кухонной плиты (имеющую ту же тепловую мощность, что и фен, но повышенную температуру и соответственно пониженный расход), то нагреваться будет преимущественно потолок бочки.

Поясним работу идеальной схемы колпака (застойной зоны) в проточной сети (рис. 127). Если поток газов 2 холодный и проходит под столь же холодным колпаком, то поток газа 2 не всплывает, но может, газодинамически расширяясь, сталкиваться с задней стенкой колпака, отражаясь назад, образуя в колпаке слабую циркуляцию (крупномасштабную турбулентность) «против часовой стрелки» (рис. 127а). Если же поток газов 2 тёплый, то он не только расширяется, но и всплывает, сталкивается с задней стенкой также с образованием вихря «против часовой стрелки» (рис. 1276). Эти режимы соответствуют турбулентной смесительной вентиляции колпака (см. рис. 516). Если поток газов 2 очень медленный и очень горячий, то он энергично всплывает, образуя огибающий весь колпак циркуляционный поток «по часовой стрелке» (рис. 127в). Этот режим соответствует вытеснительной вентиляционной схеме и даже сквозняку (рис. 51а), и именно его имеют в виду ученики Грум-Гржимайло, говоря о колпаках и «вольных» движениях газов. При этом необходимо учитывать, что вязкость газов растёт с температурой, что препятствует развитию турбулентности (рис. 69).

Аналогичные рассуждения справедливы и при анализе влияния величины скорости горячего воздуха в канале 2. При большой скорости горячие газы попросту не успевают войти в колпак (рис. 127а) и проскакивают мимо. А вот при очень низкой скорости горячие газы имеют возможность беспрепятственно и полностью поглотиться колпаком (рис. 127в). Поэтому считают, что общая теория печей Доброхотова относится к энергичным печам с большими скоростями движения газов, а гидравлическая теория печей Грум-Гржимайло относится к слабомощным печам (режимам тления дров) с малыми скоростями газов.