WarmFires.ru

Чтобы все же отобрать тепло от не очень горячих (теплых) газов необходимо использовать следующие известные приемы: использовать большие площади теплосъема, обеспечивать высокие линейные скорости набегания и создавать турбулентные режимы обтекания. Ясно, однако, что в полостях линейные скорости газов низкие (ниже, чем в каналах), а обычная инерционная турбулентность, как мы выяснили, в полостях подавляется (как в глушителе автомобиля). Так что остаются лишь возможности использования больших теплопоглощающих площадей и энергичного набегания самой турбулентной струи (до ее полного распада, то есть в режиме дальнобойности) на стенки полости.

Объем полости растет как куб характерного размера полости, а поверхность полости растет как квадрат характерного размера полости. Поэтому, с увеличением размера полости температура струи снижается (из-за смешения с большим количеством газов в полости) быстрее, чем растет площадь теплосъема. Это значит, что газ не успевает охлаждаться в полости и начинает выходить из нее с более высокой температурой. Действительно, такая картина реально наблюдается, когда стенки полостей (каналов) поддерживаются при фиксированной температуре. Получается так, что газ в крупной проточной полости может охлаждаться хуже, чем в маленькой, что весьма необычно. Кажущееся противоречие снимается тем умозрительным соображением, что газ в трубе (канале) течет в тесном контакте с теплосъемными стенками, а газ в полости (той же длины, но расширенной по сравнению с трубой) течет струей по оси в «теплоизоляции воздушным зазором» - в окружении газов полости, которые плохо передают через себя тепло в теплосъемные стенки. Поэтому на практике полости всегда (когда допустимо повышение газодинамического сопротивления) преобразуют в системы каналов (того же объема, но с повышенным теплосъемом). Если же температуры стенок не фиксированы, а постепенно разогреваются, то полость может оказаться более эффективной, чем труба той же длины (но только за счет лучшей внешней теплоотдачи), но система труб того же объема сохранит свои теплопередающие преимущества перед полостью всегда. Так, глядя на обычную кирпичную отопительную печь, сразу осознаешь, что пустая «коробка» печи («скорлупа») хуже уловит тепло дымовых газов, чем та же «коробка», сплошь пронизанная внутри дымовыми каналами.

Рис. 135. Струя в сдувающем потоке (а); плоская стелющаяся холодная струя в горячем газе, набегающая на выступ (б); горячая струя в холодном газе, стелющаяся по потолку и сталкивающаяся с выступом (в); выпуск дыма из курной бани в более низкое отверстие в стене приводит к более равномерному прогреву помещения, но за счёт худшего прогрева потолка.

Тем не менее, полости в печах бывают просто необходимы, например, как демпферы перед системой параллельных каналов. При этом ситуация в полостях может изменяться в зависимости от дальнобойности струй, то есть по-существу в зависимости от плавности перехода канала в полость.

Если затопленная струя развивается в ограниченном пространстве, то её называют стеснённой. Видов стеснённых струй множество, мы рассмотрим лишь простейшие случаи. Если вход (исток) и выход (сток) газа происходит из одной и той же стенки замкнутого сосуда, то такую струю называют тупиковой (рис. 133а). Ясно, что в истинных колпаках мы всегда имеем только тупиковые струи той или иной геометрии. Если вход и выход газа организованы в противоположных стенках сосуда, то такую струю называют транзитной (рис. 1336). В канальных печах мы имеем преимущественно транзитные струи. В самом общем случае, входы и выходы газа могут находиться в любых стенках, такие струи называют тран-зитно-тупиковыми. В печном жаргоне иногда тупиковую схему рис. 133а называют колпаковой, а транзитную схему рис. 1336 - прямоточной (сквозной). Прямоточные схемы являются полностью проточными (полностью вентилируемые). Колпаковые (тупиковые) схемы бывают и проточными (вентилируемыми) при малой глубине тупика, и частичнопро-точными при большой глубине тупика.

Стеснённые струи могут быть и набегающими (рис. 134а, б), сталкивающимися со стенкой, но свободными в направлении вверх вдоль стенки. Набегающие струи обеспечивают локальный нагрев (например, при сварке), причём в пятне контакта достигается не просто максимальная температура, но и максимальный коэффициент теплопередачи а