WarmFires.ru

Рис. 136. Макетная схема печи с задвижками (пронумерованными цифрами), меняющими режимы работы полостей и каналов.

В набегающих и обтекающих струях (рис. 134 и 135) также наблюдается подсос внешних газов в начальные участки струи с соответствующей закалкой струй и даже с уменьшением теплоотдачи (рис. 134а и 1346). Соответственно, в турбулентных колпаках (в отличие от ламинарных) всегда присутствует циркуляционный поток Ц, создающий смесительную крутку. Становится ясным, что противоточная схема на рис. 134г обеспечивает более высокий теплосъём с потока газа, чем колпаковая схема на рис. 134в, но за счёт перегрева перекрытия (см. раздел 5.7.11). Но колпаковая схема обеспечивает более высокую однородность температур в полости, но эти температуры будут сниженными по сравнению с прямоточной схемой (рис. 135г, д). В стелющихся струях (рис. 1356, в) обтекаемая поверхность не даёт подмешиваться в струю каким-либо газам с её стороны, обеспечивая повышенный теплосъём. Но есть неожиданности. Так, уступ на рис. 1356 увеличивает теплоотдачу до уступа, поскольку не даёт вихрю А залезть под всплывающую струю. А на рис. 135в уступ (колпак) снижает теплоотдачу из-за образования перед уступом застойной зоны.

Прямоточная и колпаковая схемы (рис. 135г,д) удачно иллюстрируются «водоводной моделью» на примере широко известной черной (курной) бани (избы). Если открыто выпускное отверстие (дымник) наверху у потолка (рис.135г), то дым стелется по потолку и нагревает только его. Если же выпускное отверстие опущено (рис.135д), то теплый дым накапливается под потолком, вследствие чего прогретой оказывается вся верхняя часть помещения до выпускного отверстия. Механизм прогрева помещения в последнем случае (в режиме колпака) отличается тем, что горячий дым уже не может всплывать к потолку в горячей припотолочной зоне из-за исчезновения подъемной силы и течет по слою горячего газа в выпускное отверстие. При этом температура потолка бани уменьшается (по сравнению с прямоточной схемой), что снижает пожарную опасность. Кроме того, верх помещения заполняется дымом, не поддерживающим горение искр от открытого огня (далее на рис.143).

Особой спецификой обладают «плоские» (высокие и широкие, но узкие) полости в виде вертикальных или горизонтальных «щелей». Не являясь ни чисто объёмными, ни чисто канальными системами, такие полости с зазором 0,05-0,1 м (четверть или полкирпича) между стенками обладают хорошей, но очень неоднородной теплосъёмочной способностью. Газодинамические характеристики таких щелей сильно зависят от геометрии ввода и вывода газов (поперёк или вдоль щели, вверх или вниз), поэтому такие «щели» в печах встречаются лишь с рассечками, переводящими полость в многооборотный дымоход плоской формы, обычно называемой отопительным щитом.

В заключение отметим, что экспериментальные исследования явлений в полостях печей сложны - до сих пор не выработана даже общепринятая методика таких исследований. Поэтому исследования физических явлений зачастую подменяются техническими испытаниями конкретных конструкций печей (например, по ГОСТ 3000-45). В результате, как остроумно и точно подметил американский конструктор А. Чернов, зачастую главным выводом трудоёмких экспериментов является заключение о том, что нужны дополнительные эксперименты (www.stovemaster.com). Во многом это объясняется тем, что разные газодинамические режимы испытываются в разных конструкциях печей, вследствие чего невозможно получить сопоставимые данные (www.woodheat.org; www.heatkit. сот; www.kamicenter.ru и др.). Так что трудности таятся не в сложности техники эксперимента (в частности, в трудности замеров значений скоростей газовых потоков или перепадов давлений на уровне 1 мм водяного столба и менее), а в методике (идеологии) исследований.

Исследования должны мыслиться именно как проверка какой-либо модели явления (гипотезы), например, какой-нибудь закономерности течений газов полостях. Такие исследования (как выявление принципов конструирования) не могут быть выполнены, как правило, на обычных конкретных бытовых печах и требуют специальных (хотя бы простейших) «стендов», обеспечивающих постоянство хоть одного какого-нибудь параметра. Так, даже при использовании некой «универсальной» схемы печи (рис. 136), способной легко и мгновенно переходить из кол-паковой конструкции в канальную (противоточную, многооборотную) путём простого переключения задвижек, становится ясным, что закрывая и открывая задвижки, мы одновременно меняем скорости сквозного потока газов через печь и режим работы даже тех узлов, которые, казалось бы, никак не связаны с этими задвижками.