WarmFires.ru

Полное заполнение колпака горячими газами при любом расходе может быть обеспечено за счёт нижней вертикальной рассечки 6 с перевалом (рис. 129д-з). Такая рассечка характерна тем, что устраняет эжек-цию газа со дна колпака во входящую струю (см. ниже). Иногда такую схему называют противоточной, но чаще всего вертикальной многооборотной. Колпак как полость превращается в систему вертикальных каналов (во всяком случае приближается к ней). Дополнительные вертикальные рассечки 7, не касающиеся ни дна, ни перекрытия колпака, ещё в большей степени рассеивают потоки и фактически воссоздают многооборотную схему с параллельными нисходящими дымоходами (рис. 129ж, з).

Таким образом, известные многоканальные схемы рождаются путём введения в колпаки (и в любые полости) газонаправляющих элементов (стенок, рассечек) для обеспечения более равномерного («размазанного») распределения газовых потоков.

Нисходящие (опускные) каналы 9 (и одинарные на рис. 129д, и параллельные на рис. 129ж) издавна считались (наряду со сводами) наиболее ценными теплосъёмными элементами печей. Считалось, что именно нисходящие каналы (даже большого поперечного сечения, то есть фактически полости) обеспечивают равномерный нагрев стенок и строгую однородность движения горячих газов (отсутствие «проскока» горячего газа через один из каналов). Предполагалось, что если в какой-нибудь точке нисходящего канала (или в одном из параллельных нисходящих каналов) скорость движения горячего газа вниз вдруг случайно возрастала, то это приводило к уменьшению (?) скорости охлаждения газа, газ сохранялся бы более горячим и начинал как бы всплывать, восстанавливая (снижая) поступательную скорость своего движения вниз и обеспечивая саморегулирование скоростей (И.И. Свиязов, Теоретические основания печного дела, 1867 г.). Видимо абстрактно считалось, что чем дольше газ находится в нисходящем канале, тем лучше он остывает.

К сожалению, это распространенное и крайне упрощённое объяснение не является сколько-нибудь корректным. Оно отражает лишь простейшую мысль о том, что «горячий газ всегда стремится вверх» (даже навстречу потоку), и описывает свободную конвекцию. В действительности же, горячий газ в каналах движется за счёт тяги дымовой трубы со значительной скоростью 2-4 м/сек и на него не могут существенно повлиять слабые свободноконвективные потоки со скоростями 0,1-0,5 м/сек. Однако, если опускной канал очень широкий (или опускных каналов много) и линейная скорость движения газов очень мала (например, на этапе растопки), то свободноконвентивные явления уже подлежат учету. При этом надо исходить из того, что горячий газ в нисходящем канале движется в окружении холодных стенок. Охлаждаясь именно у стенки, газ начинает «проваливаться» вниз, ускоряясь и увеличивая (за счет скорости обтекания стенок) теплотдачу, что приводит к ещё более сильному охлаждению и увеличению скорости «проваливания», в том числе и из-за снижения вязкости газа при снижении температуры (рис. 130в). Так что поток горячего газа в холодном нисходящем канале неустойчив так же, как поток горячего газа в холодном восходящем канале (рис. 130а). Вопросы устойчивости (пульсаций и проскоков) течений в параллельных каналах очень актуальны во многих областях техники. Они решаются в первую очередь увеличением и выравниванием величин перепадов давления на всех каналах, для чего до и после параллельных каналов обустраиваются демпфирующие полости большого (по сравнению с каналами) объема (ресиверы). Иногда в печах по результатам испытаний приходится делать разновысотные вертикальные разделки нисходящих параллельных дымоходов (рис. 129з).

Рис. 130. Пространственные распределения (эпюры) скоростей газовых потоков: а-е - распределения по радиусу цилиндрических каналов (труб), а - горячий газ в холодных стенках снизу вверх, б - холодный газ в горячих стенках снизу вверх, в - горячий газ в холодных стенках сверху вниз, г - холодный газ в горячих стенках сверху вниз, д - распределение температуры горячего газа в холодной горизонтальной трубе, е - распределение скорости горячего газа в холодной горизонтальной трубе, ж - схема образования турбулентного течения у поверхности. 1 - «язык» горячего газа вверх (например, пламя), 2 - проседание охладившегося газа вниз, 3 - стрелки показывают направление движения газа, 5 - поверхность с углом, у которой начинает развиваться пограничный слой, 6 - типичное распределение скоростей в трубах (параболическое) в изотермическом ламинарном потоке, у - координата, перпендикулярная поверхности (устанавливающая удаление трубок тока газа от поверхности), Т - температура, V - линейная скорость, Si -увеличивающаяся толщина ламинарного пограничного слоя, 82 - уменьшающаяся толщина ламинарного пограничного слоя, 83 - увеличивающаяся толщина турбулентного пограничного слоя.