Чем меньше вязкость газа (то есть, чем холодней газ), тем больше вероятность возникновения разнонаправленности потоков (в том числе и турбулентностей). Для качественной оценки ситуации в канале необходимо сопоставить импульс газа (инерцию) pV2 с силой противодействия встречному движению (то есть с силами вязкости) |LidV/dx=pvV/L, где L - поперечный размер канала. Полученное отношение Re=VL/v называется числом Рейнольдса. Оно, образно говоря, показывает время (продолжительность), за которое встречные потоки станут спутными, то есть как быстро силы вязкости подавят встречные движения газов. Малое число Рейнольдса означает, что встречные потоки погасят сами себя быстро и превратятся в спутные. То есть малые числа Рейнольдса отвечают не просто ламинарным потокам, но и обязательно спутным (при наличии непосредственного контакта потоков). Отсюда следует, что при фиксированной линейной скорости V малым диаметрам каналов отвечает однонаправленное движение, а большим диаметрам полостей отвечает возможность разнонаправленных движений газа. Однако, если мы выразим число Рейнольдса Re=G/Lv через объёмный расход газа G=VL2 (сохраняющий свою величину при переходе газа из канала в полость), то получим обратный (и очень удивительный) результат: в последовательно соединённых каналах и полостях (G = const) встречные потоки (турбулентности) будут гасится дольше в каналах (с малым L), чем в полостях (с большим L). То есть газ, подвергнутый (может быть, и однократно) механическому возмущению в какой-либо точке, «успокаивается» быстрее в полости, чем в канале. В соответствии с этим и турбулентность, появляющаяся при Re= 1000-3000, возникает при раз-горании печи вначале в каналах, и лишь потом в расширениях, а в крупных полостях может не возникнуть вовсе. Это уже совсем необъяснимый вывод - ведь раньше мы считали, что именно в каналах газ движется всегда в одну сторону.

Противоречие снимается тем, что мы рассмотрели чисто изотермическую инерционную модель последовательных каналов и полостей, когда температура газа (дыма) строго равна температуре стенок. Действительно, в таких системах пульсации газа в трубах затухают медленнее, чем в сосудах (ресиверах). Это известно в быту на примере автомобильных глушителей, где труба хорошо передает рёв выхлопа двигателя, а расширения трубы (в том числе тупиковые ответвления - резонаторы) гасят его. Поэтому, запомнив для последующего анализа, что инерционные турбулентности возникают вначале именно в каналах, мы должны рассмотреть и случай крупномасштабных турбулентностей (свободноконвективных циркуляции), обусловленных тем, что температура дыма выше температуры стенок (в противном случае дым не будет ни всплывать, ни охлаждаться).

Сопоставим силу Архимеда (всплытия) (px-pг)gH=pgHAT/T с силами вязкости руУ/Ь, где АТ - разница абсолютных (в градусах Кельвина) температур газа и стенок, Н - высота полости (колпака), Ь -размер проходного сечения потока газа. Полученное отношение Gr=gHLAT/vVT=gHL3AT/vGT называется числом Грасгофа и показывает, насколько активно могут развиваться свободно-конвективные потоки. Большие значения Сг отвечают «активному» и «свободному» колпаку, в котором всё бурлит от «свободного движения всплывающих газов», малые значения Сг отвечают «мёртвому» колпаку, «свободные» (то есть нетранзитные) движения газа в котором можно поддерживать лишь за счёт внешних воздействий, например, вдуваний в него дыма под напором дымовой трубы или перемешиваний мешалкой (газодувкой).

Видно, что при равенстве температур газа и стенок АТ=0 колпак «мёртвый». С увеличением высоты колпака Н и особенно с ростом поперечного проходного размера Ь свободная конвекция усиливается. При общем увеличении уровня абсолютных (в градусах Кельвина) температур газа и стенок Т=(Тх+Тг)/2 активность колпака снижается. И наконец, чем выше вязкость газа (то есть, чем выше температура газа), тем большее сопротивление встречают свободно-конвективные потоки.

Рассматривая случай последовательного подключения канала и полости (колпака), соответствующий случаю С=соп81:, видим, что свободно-конвективная активность очень быстро растёт с объёмом колпака и с проходным сечением. Поэтому даже при расширениях всего в 2-3 раза канал многократно повышает свою «колпаковость». Это значит, что в широких нисходящих и восходящих вертикальных каналах могут существовать встречные потоки, особенно при малых расходах дыма (больших Сг). Так, при подъёме горячих газов вверх по холодной трубе возникают встречные нисходящие потоки охлаждающихся у стенок газов, известные на примере каминов (рис. 130а). При подъёме же холодных газов вверх по горячей трубе могут возникать встречные нисходящие (про-тивоточные) потоки по оси, фактически «тонущие» в активно нагревающихся у стенок газах (рис. 1306). В горизонтальных каналах горячий газ прижимается к «потолку» (рис. 130д). Поскольку горячий дым имеет высокую вязкость, то обычное параболическое распределение скорости дыма 6 может видоизмениться в сторону преимущественного течения в нижней части канала (рис. 130е). Этим, видимо, можно объяснить феномен, когда рукой чувствуешь горячий дым в канале только у «потолка», но тем не менее, расчищая дно канала от завалов пепла и сажистых спёков, вдруг неожиданно для себя получаешь многократное усиление тяги, причём без заметных изменений состояния горячего газа у «потолка» канала. При увеличении расхода дыма число Грасгофа уменьшается, и течения дыма приобретают «обычный» вид однонаправленных и более-менее однородных по сечению канала потоков, особенно при развитии турбулентности.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8