Тепло от продуктов сгорания отбирается теплосъёмными элементами (в том числе стенками топливника и дымоходов) за счёт кондуктив-но-конвективного теплообмена и за счёт лучистого, причём соотношение вкладов этих каналов теплопередачи во время горения разовой закладки дров меняется. При растопке любой печи вначале преобладает кондук-тивно-конвективный механизм теплопередачи, роль которого постепенно по мере прогрева печи снижается в пользу лучистого.

Кондуктивный поток тепла определяется разностью температуры дымовых газов Т и температуры стенки теплосъёмного элемента Тт и составляет а(Т-Тт), где а=10 Вт/м2-град - коэффициент кондуктивной теплопередачи (в реальности колеблется в пределах (7-12) Вт/м2-град, в зависимости от ориентации поверхности). Если дымовые газы движутся со скоростями до У=4 м/сек, то коэффициент кондуктивно-конвек-тивной теплопередачи (суммарный кондуктивный и конвективный) может локально возрастать до а=10+6У, где V в м/сек .

В металлических водогрейных котлах водоохлаждаемые стенки не нагреваются выше 100-150°С, вследствие чего локальные значения кондук-тивно-конвективных тепловых потоков от дымовых газов с температурой 700-900°С на стенки котла достигают 30 кВт/м2. В кирпичных печах стенки топливника постепенно нагреваются вслед за разгоранием дров вплоть до 600-1000°С, вследствие чего локальное значение кондуктив-но-конвективных тепловых потоков постепенно снижается с 30 кВт/м2 до 5 кВт/м2. Дымовые газы, не способные охладиться в топливнике, выносят своё тепло в дымообороты.

Кондуктивно-конвективный теплообмен среде печников традиционно (и безосновательно) считатется основным (преобладающим) в топках, вследствие чего удлинение дымооборотов с увеличением их поверхности часто рассматривается как наиболее эффективное средство повышения КПД печей, по крайней мере, кирпичных (рис. 108). Даже в области металлических бытовых отопительных печей очень часто ошибочно полагают, что известные способы, интенсификации конвективного теплообмена (турбулизацией газа или повышением площади внутренних стенок топливника) могут существенно повысить теплоотдачу печи.

Рис. 108. Принципиальная схема бытовой отопительной печи с горизонтальными дымооборотами.

Рис. 108. Принципиальная схема бытовой отопительной печи с горизонтальными дымооборотами. 1 - поток воздуха через решётку и горячие угли, 2 - поток воздуха через оголённый участок решётки для сжигания летучих (вторичный воздух), 3 -кирпичная кладка печи, 4 - циркуляционные траектории дымовых газов, 5 - вытяжная траектория дымовых газов, 6 - циркуляционные траектории дымовых газов в дымооборотах, 7 - нисходящий поток воздуха в дымовой трубе, 8 - возможный выход циркуляционного потока дымовых газов в открытую дверку топливника, вызывающий дымление печи в помещение, 9 - дверки для прочистки, 10 - возможные месторасположения растопочных задвижек (летних дымоходов).

На самом деле, языки пламени, касаясь стенок топливника, передают тепло в стенки не только контактным кондуктивно-конвективным способом, но и за счёт лучистого тепла. Лучистые потоки тепла в топках достигают уровня 40-100 кВт/м2. Их появление и перераспределение имеют в печах свои особенности.

Во-первых, горячие дымовые газы способны нагревать различные поверхности (жаровни), и уже те в свою очередь начинают излучать до 100 кВт/м2 при температуре 1000°С. Ясно, например, что газ на оси дымового канала не может отдавать своё тепло стенкам канала кондуктив-но-конвективной теплопередачей, но если на оси дымового канала поместить металлическую пластинку, то она будет нагреваться и излучать тепло на стенки канала (рис. 109а). Дымовые газы на оси при этом охлаждаются. Или, например, можно утеплить потолок дымового колпака (перекрыши) так, чтобы дымовые газы не нагревали кирпичную кладку верха печи, а нагревали бы только поверхность колпака, которая в свою очередь, разогревшись, направит тепло своего излучения в нижние зоны колпака (вниз на нижние слои кладки печи), что более полезно для нагрева воздуха в помещении (рис. 1096). Даже внутренние стенки дымооборотов можно рассматривать как жаровни, нагревающиеся дымовыми газами и излучающие тепло на внешние стенки дымооборотов (рис. 109в). Эффективность жаровен возрастает с увеличением их площади. Отметим, в частности, что широкоизвестные винтовые завихрите-ли (в виде стальных продольных пластин, скрученных в винт и плотно вставленных в цилиндрические жаровые трубы) газовых котлов, работают больше как излучающие элементы (жаровни), нежели как просто за-вихрители воздуха, якобы существенно повышающие конвективную составляющую теплообмена за счёт турбулизации потоков дымовых газов.

Страницы: 1 2 3 4 5 6