4. Характер движения газов в дымооборотах печей

Без знания законов движения газов в каналах невозможно правильно сконструировать внутреннее устройство печи, а поэтому мы обратимся к основным явлениям, связанным с движением газов.

Поскольку изучение движения газов представляет некоторую трудность, то мы проиллюстрируем это понятие на примере движения жидкости, так как некоторые законы движения жидкости газов одинаковы. Обозначив движение жидкости линиями, которые называются линиями тока, изобразим графически величину скорости течения жидкости и газа. В тех местах, где скорость больше, линии тока проведены гуще и, наоборот, где скорость меньше, линии тока реже. Если через поперечное сечение трубы проходит одинаковое количество жидкости, то такое движение называется установившимся.

В трубе одинакового сечения (рис. 27, а) по всей ее длине скорость движения частиц жидкости одинакова (при отсутствии требования); линии тока на рисунке показаны параллельными и распределены всюду одинаково. При движении же вдоль трубы с неодинаковым сечением (рис. 27, б) скорости эти различны.

Рис. 27. Схемы движения жидкости в трубах с одинаковым и различным сечениями

Обозначим скорость течения жидкости в сечении S₁ трубы через ν₁, а в сечении S₂ - через ν₂ (рис. 27, в). При установившемся течении количество воды, протекающее в 1 сек. через поперечное сечение трубы S₁, равно количеству воды, протекающему через сечение S₂ этой же трубы. Можем записать:

откуда следует, что

т. е. при установившемся течении скорости движения частиц жидкости обратно пропорционально площадям сечения трубы.

В текущей жидкости различают статическое и динамическом давление. Причиной статического давления, как и в случае неподвижной жидкости, является ее сжатие. Статическое давление является в напоре на стенку трубы, по которой течет жидкость. Динамическое давление обуславливается скоростью течения жидкости. Чтобы обнаружить это давление, надо затормозить жидкость и тогда оно, как и статическое давление, проявится в виде напора. Сумма статического и динамического давлений называется полным давлением.

Практически для измерения давлений внутри движущейся жидкости или газа применяют узкие манометрические трубки. Статическое давление измеряется с помощью манометрической трубки плоскость которой расположена параллельно линиям (рис. 28, а). Если жидкость в трубе находится под давлением в манометрической трубке она поднимается на некоторую высоту h, соответствующую статическому давлению в данном месте трубы. Полное давление измеряют трубкой, плоскость отверстия которой расположена перпендикулярно линиям тока (рис. 28, б). Такой прибор называется трубкой Пито. Жидкость, попав в трубку через отверстие, останавливается на некоторой высоте.

Рис. 28. Давление движущейся по трубе жидкости: h - статическое; H - полное

Высота столба жидкости Н в манометрической трубке будет соответствовать полному давлению жидкости в данном месте трубы.

Если измерить статическое давление в движущейся жидкости в различных частях трубы переменного сечения (рис. 29), то окажется, что в узкой части трубы оно меньше, чем в широкой ее части. Скорость течения жидкости, как известно, обратно пропорциональны площадям сечения трубы, давление в движущейся жидкости зависит от скорости ее течения.

Рис. 29. Давление движущейся по трубе жидкости больше в широкой части и меньше в узкой

Итак, при установившемся движении жидкости в местах сужения каналов давление жидкости понижено, в местах, расширения повышено.

Явления, с которыми мы познакомились на примерах движущейся жидкости, относятся и к движению газов. Рассмотрим теперь практическое использование этих явлений.

Для чего нужны, например, широкие и узкие каналы труб, подъемы, спуски, повороты? При конструировании печей эти вопросы очень важны. Дымовые газы во много раз легче воды, поэтому характер их движения отличается от движения воды. В силу своей тяжести вода, текущая по трубе, заполняет нижнюю часть трубы, движущийся же по трубе газ, наоборот, заполняет верхнюю часть трубы. Из этого следует, что если в потоке воды встречен выступающее снизу препятствие в виде порога (рис. 30, а), то уровень воды перед ним сначала повысится и затем вода начинает переливаться, а чтобы остановить газовый поток в горизонтом канале, нужно вверху под перекрытием канала сделать тогда уровень газового потока понизится и газ будет обходить порог снизу (рис. 30, б).

Рис. 30. Обтекание порога в канале: а - водой; б - газом

Остановимся еще на одном важном явлении - на внутреннем в жидкостях и газах. Известно, что если одно тело скользит или катится по поверхности другого, то возникает сила трения, тормозящая движение тела. На опыте можно убедиться что и между слоями газа и жидкости, движущимися относите, друг друга, также возникаю силы, замедляющие движение одних слоев и ускоряющие движение других. Эти силы называют силами внутреннего трения. В печном деле это имеет то значение, что на пути движения газов устраивают препятствия в виде сужения которые, притормаживая движущиеся газы, способствуют большей теплоотдаче на стены дымоходов. Например, выход горячих дымовых газов и пламени и топливника в дымообороты происходит через хайло, которое по размерам должно быть меньше площади сечения дымохода на ¹/₃. Выход дымовых газов через вьюшку или задвижку также несколько сужается и далее, в пределах разделки и потолка, дымоход имеет вид конуса.

Движение дымовых газо в дымооборотах можно сравнить с движением массы воды в реках, где у берегов вода течет медленнее, чем в середине, в широких местах медленее, чем в узких. Газы также у стенок дымоходов движутся медленнее, чем в центре дымохода.