Ранее в разделе 3 уже отмечалась высокая роль вязкости газа в продуваемости узких зазоров. Это означает, что разделение колпака на множество глубоких узких колпаков рассечками 9 ухудшает теплосъемные возможности всего колпака в целом. Действительно, многочисленные рассечки можно рассматривать как теплоизоляцию (как «мех кошки»), не пропускающую тепло и не впускающую в себя потоки воздуха (ни горячие, ни холодные) именно из-за малости скорости перемещения газов в промежутках между рассечками (см. раздел 3.8). Чем медленней и трудней проникают горячие газы в зазоры между рёбрами 9, тем медленней и труднее и выходят оттуда обратные (встречные) охлаждённые газы из зазоров. Для упорядочения этих газовых потоков целесообразно было бы выводить охлаждённые газы не по тому пути, по которому входят горячие газы, а именно через отверстия вверху колпака 8 в дымовую трубу (в дымовой канал - дымооборот) по типу, например, горизонтальных дымооборотов 10 (рис. 126в). Причём эта целесообразность возрастает с усилением оребрённости колпака 8. При этом сразу становится очевидным, что и непроточный, и проточный колпаки всё же (несмотря на «свободное движение газа» в нём) имеют некое газодинамическое сопротивление. Действительно, зачем газам идти в лабиринты 10, если они имеют возможность пройти по короткому прямому пути 11? Аналогично, зачем горячим газам из канала 1 «залезать» в колпак 4 и долго «крутиться» там в условиях вязкости, если он может беспрепятственно и сразу пройти мимо колпака 4 по каналу 1? Иными словами, падение давления в струе (траектории) газов в колпаке может оказаться более высоким, чем падение давления Ар в потоке газов в основном канале 1.

При этом естественно, газ из основного канала будет вынужден пойти навстречу потоку 7, замедляя вход горячих газов 5 в колпак, тем самым «запирая» его.

Оценим, с какой же скоростью горячий газ 5 способен «свободно» поступать (всплывать) в беспроточный тупик - колпак 4. Во-первых, ясно, что температура газов в колпаке 4 (а значит и температура стенок колпака 4) должна быть заметно ниже температуры горячих газов 5 в канале 1: в противном случае газ из канала 1 попросту не будет «всплывать» в колпак 4. Ведь часто забывают, что появление свободно восходящих конвективных потоков возможно лишь именно в том случае, когда газ не только горячий, но и обязательно находится в непосредственном контакте с холодным газом (например, в объёме холодного газа). Так, говорят иногда, что в нисходящем канале печи горячий газ, двигаясь вниз, «пытается» всплыть, тормозя тем самым газовый поток. Но ведь в нисходящем канале (с температурой стенок, равной температуре газа) нет холодных газов, и горячему газу попросту не в чем всплывать. Поэтому в этом случае надо рассматривать комбинацию восходящего (предыдущего) канала и нисходящего (последующего). Поскольку в последующем канале температура газа ниже, чем в предыдущем (предшествующем), то газ в нисходящем канале вовсе не «всплывает», а наоборот, «тонет», ускоряя тем самым газовый поток. Но это присуще только и именно каналам (шлангам): в широких каналах (полостях) ситуация может быть разной, но всё равно, горячий газ всплывает и тут не «сам по себе», а только в контакте с холодным газом.

Во-вторых, для того, чтобы горячие газы 5 (при наличии возможности) входили в колпак 4, надо, чтобы ранее присутствовавшие газы 7 могли бы выходить из колпака. Иными словами, газы 7 должны успеть остыть в колпаке и составить с газами 5 два колена газооборота (сообщающиеся сосуды-каналы) с разной температурой, обеспечив тем самым возникновение циркуляционного «свободного движения газов» в колпаке. В противном случае горячие газы 5, всплыв к потолку колпака, образуют там «мешок неподвижных горячих газов» (застойную зону), не остывающий, и не опускающийся, и не впускающий новые порции свежего горячего воздуха.

Процесс первичного «свободного» всплывания горячего газа в холодном газе за счёт архимедовых сил описывается формулой «для дымовой трубы» V2=2gh(Tг-Tx)/Tг. При температуре ТГ=700°К и холодного газа ТХ=400°К скорость горячего газа по мере свободного разгона вверх может достичь величин порядка У=3 м/сек уже на высоте Ь=1 метр. Однако реальные скорости газов в дымовых трубах не столь уж значительны из-за сопротивлений (эти скорости легко оцениваются при наблюдении истечения дыма в атмосферу из трубы на крыше). В колпаках скорости газов ещё ниже, поскольку газы не просто остывают по пути, смешиваются и взвихриваются, но и тормозятся, сталкиваясь с потолком колпака (разворачиваясь). По экспериментальным оценкам скорости самостоятельного свободного подъёма горячего дыма в нижние «топочные колпаки» (а по-существу не колпаки, а проточные дымоходы-дымообороты, см. далее) составляют 0,5-1,0 м/сек, а в верхние «дымоходные колпаки» 0,1-0,5 м/сек (при скоростях в самих дымоходах до 4 м/сек).

Страницы: 1 2 3 4