WarmFires.ru

Рис. 142. Моделирование теплогазодинамических процессов в топках: а, б, в, г -оценка тепловых нагрузок на различного рода тепловоспринимающие поверхности А над пламенем дров в помощью горелки кухонной газовой плиты (Ч - время, необходимое для нагрева воды в кастрюле до закипания); д - моделирование конвективного теплообмена в топке с помощью двухкомфорочной газовой плитки; е - моделирование лучистого теплообмена в топке с помощью двухкомфорочной электрической плитки; ж - неравномерность нагрева горизонтальной поверхности (дна кастрюли); з - оценка тепловых нагрузок на потолок тупиковой и транзитной полостей с помощью газовой горелки (цифрами указаны тепловые потоки в кВт/м2 на потолок и стенки полости при мощности горелки 1 кВт, высоте проставки 250 мм и диаметре про-ставки 160 мм, зазоре 8=10 мм); и - моделирование вытяжной трубы проставкой высотой 1000 мм и диаметром 160 мм при мощности горелки 0,2 кВт (стрелками показаны потоки подсасываемого воздуха и потоки возвратного горячего газа; цифрами указаны температуры газа в верхней части проставки; тепловой поток на глухой потолок трубы 1,2 кВт/м2, на потолок со щелью 1,8 кВт/м2 вопреки пониженной температуре газа); к - переключение полости с тупикового в транзитный режим; л, м - пламя от дров в тупиковой (колпаковой) и транзитной (проточной, противоточной) схемах, сплошная кривая - траектория горючих газов (креозота), пунктирная - траектория транзитного воздуха. 1 - газовая горелка. 2 - язычки пламени, 3 - решётка кухонной плиты, 4 - вогнутое дно эмалированного ведра, 5 - проставка в виде отрезка стальной трубы (или кольца из листовой стали), 6 - металлический или кирпичный корпус модели топки, 7 - двухкомфорочная дачная газовая плитка, 8 - двухкомфорочная дачная электрическая плитка.

Что касается степени прогрева стен (чёрной бани, трубы, топливника) при разных высотных уровнях вывода дыма, то она, как правило, возрастает при снижении высоты вывода, что легко проверить на той же модели с проставкой 5 (выполняя боковые отверстия-выводы) или усложнённой (приближённой к натуре) модели на рисунке 142д. Особый интерес с этой точки зрения представляют дымовые трубы, то есть те же простав-ки 5, но длинные и открытые сверху. В случае большого диаметра трубы мы имеем аналог водоводной системы (водопада), а при уменьшении диаметра - комбинацию «свободного» потока вверх (сквозного, транзитного) и «свободных» потоков внутри (циркуляционных местных), причём с разогревом трубы роль циркуляционных потоков уменьшается. Так вот, поставив на газовую горелку кухонной плиты открытую сверху про-ставку того же диаметра 160 мм, но длиной 1 м, мы тут же замечаем, что пламя горелки немедленно реагирует на наличие этой трубы (рис. 142и): начинает метаться, отрывается от конфорки, гаснет (это так называемый срыв пламени от сильной тяги). Стоит только закрыть верхний торец трубы - пламя успокаивается (что и используется при проектировании промышленных газовых котлов со свободным пламением, например, типа АОГВ). Срыв пламени обусловлен подсосом в горячую восходящую струю больших масс холодного воздуха (рис. 52), которые попросту сдувают пламя. Чтобы убедиться в наличии этого подсоса, достаточно поднести горящую спичку к нижнему торцу трубы: пламя спички подсасывается под торец внутрь трубы. Если же совсем закрыть верхний торец трубы, то пламя спички отклоняется от торца наружу - значит из колпака выходят какие-то газы. Конечно, это газы, котрые ранее вошли в трубу, увлекаемые пламенем горелки, а теперь возвращаются из тупика наружу (рис. 133а). Если замерить температуру газов внутри трубы, то картина окажется более привычной, чем на рис. 142з: при открытой трубе она будет минимальной - 52°С (из-за разбавления продуктов горения подсасываемым воздухом), при закрытой сверху трубе - максимальной 126°С (как и «полагается»), поскольку колпак собирает наиболее горячие газы. Температура 126°С как раз и соответствует такому нагреву колпаковой трубы, когда труба отдаёт со своей поверхности наружу 200Вт кондуктивного (с теплопердачей 10 Вт/м2-град) тепла, то есть горелка мощностью 200 Вт передаёт колпаку практически всё своё тепло (как и полагается в гидравлической модели). Это обусловлено именно малой мощностью горелки. При более мощной горелке и соответственно при более высоких температурах газов в колпаке (более 300-500°С) картина была бы совсем иной (такой же, как на рис. 142з). Это указывает на то, что при растопке печи через летний дымоход целесообразна регулировка расхода воздуха именно верхней задвижкой на дымовой трубе так, чтобы воздуха для горения хватало, но не было бы ни излишнего холодного воздуха в приоткрытую дверцу печи, ни выбросов дымовых газов из дверцы. Температура газов внутри трубы при этом оказывается достаточно высокой для быстрого прогрева стенок. Столь же эффективной могла бы быть процедура первичного прогрева теплоёмкой кирпичной трубы с помощью некой стартовой (пусть даже не утеплённой металлической) трубы, когда основная кирпичная труба на первичном этапе закрывается крышкой (задвижкой) сверху у устья и прогревается как высокий колпак (рис. 142к).