Промышленные печи и газовое хозяйство заводов - Щукин А.А.
Скачать (прямая ссылка):
йск____ 0,933
al 12 •
-j- + 0,29 J
(2-13)
Если поперечное сечение струи, выходящей из форсунки или горелки, невелико по сравнению с объемом рабочей камеры печи, то такая струя имеет свойства свободной струи. Однако ограждение печи мешает беспрепятственному притоку газов к струе и на поверхности струи возникает разрежение, наибольшее значение которого наблюдается у места выхода струи. Таким образом, создается циркуляция газов в рабочем пространстве печи (внутренняя циркуляция). С увеличением начальной скорости и отношения lid циркуляция возрастает, а с увеличением объема камеры она уменьшается. На рис. 2-4 показана циркуляция газов в камерной печи с верхним расположением газовой инжекционной горелки.
Среднюю температуру газов в сечении А-А можно найти из уравнения теплового баланса смешения (без учета охлаждения газов вследствие лучеиспускания):
М1Суи + MzCztz— (М1+М2) с cut си] (2-14)
предположив, что C1=C2=CCM и t^-tox (температуре отходящих газов), найдем кратность циркуляции i из уравнения
___ — ^0 1
Рис. 2-4. Циркуляция газов в камерной печи, отапливаемой одной инжекционной горелкой.
и
1 + *’
(2-15)
откуда следует, что чем выше кратность циркуляции, тем равномернее будет температура в печи.
Я
Рш
2-4. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ НАПОР ГАЗОВ
Напомним, что естественный геометрический напор имеет место в сосуде, заполненном газом более легким, чем окружающий воздух (например, горячими дымовыми газами). Если в сосуде на высоте Н от плоскости раздела воздуха и легкого газа поставить U-образный манометр (рис. 2-5), то он покажет избыточное давление, соответствующее столбику воды высотой б мм и равное Ар=9,81,6, н/м2..
Напишем условия равновесия жидкости в Ut-образном манометре в горизонтальной плоскости А-А:
р0—Hpg=p0—Ярв?+Др, н/м2, (2-16)
где ро—давление атмосферы на уровне этой плоскости.
40
'тт
н
л,
Рис. 2-5. Измерение гидростатического иапора газа.
Отсюда искомое превышение давления над атмосферой на уровне А-А равно:
iAp=H(pB—p)g, н/м2, (2-17)
где р — плотность газа, кг/м3-, рв — плотность воздуха; g— ускорение свободного падения, м/сек2.
2-5. ДВИЖЕНИЕ ГАЗОВ В КАНАЛАХ
При расчете движения газов в сложных газоходах и полостях печи пользуются уравнением Бернулли, написанным для двух произвольно взятых сечений А-А и Б-Б (рис. 2-6):
2 2 ZiPg + Р. + -V Р = ZJS + ра+-? р + лшл. н/м3, (2-18)
где Zipg и Zzpg — геометрические напоры, выражающие энергию положения, отнесенную к 1 м3 движущегося газа (для первого и второго сечений газохода); Zi и гг — координаты центров входного и выходного сечений каналов, м\ pt и рг—статические или пьезометрические напоры, выражающие энергию давления, отнесенную к 1 м3 газа (для соот-
ветствующих сечений газохода), н/м2-, — р и -j- р —динамические или
энергию, отнесенную
скоростные напоры, выражающие кинетическую к 1 м3 газа, н/м2\ wА и хшг — средние действительные скорости в соответствующих . сечениях; Лпот — напор, потерянный на преодоление сопротивлений течению газов на пути между выбранными сечениями дымоходов, н/м2.
Уравнение Бернулли для изотермического потока газа с неизменной плотностью может быть использовано в тех случаях, когда сечения, для которых составлено уравнение, выбраны так ,что вблизи них величины, характеризующие движение, изменяются медленно; это бывает, когда всякого рода резкие изменения сечений и резкие повороты находятся от выбранных сечений на достаточно большом расстоянии.
Величина потерь давления ^пот складывается из потери давления на трение /гтр и из местных потерь Лм, вызываемых завихрениями потока газов при изменении сечений дымоходов, при изменении их направления и т. п., т. е.
^пот:=^тр'-ЬЛм' (2*19)
Потери давления на трение вычисляются по формуле Дарсй
2
. , L w* . L wо /, I it
Кр = * -J ~2 Р = — ~2~ Ро (1 + а0. Н/М2,
Рис. 2-6. Движение газов в канале.
(2-20)
где X — коэффициент трения [зависит от числа Рейнольдса Re], который может быть принят приближенно для турбулентного движения газов: в кирпичных газоходах Я=0,04 -s- 0,05, в металлических гладких Я=0,025, в металлических окисленных Л,=0,045. Отметим, что в дымоходах и боро-
41
вах газы движутся турбулентно, так как значение Re в них изменяется обычно в пределах 10 000—100 ООО. Более точно коэффициент трения может быть определен по формулам (10-6)—(10-8)]; w и w0 — фактическая скорость газов, м/сек, и скорость, приведенная к нормальным условиям (0°С и 760 мм рт. ст.); р и р0 — плотности газов — фактическая, кг/м3, и приведенная к нормальным условиям; t — средняя температура газов на рассчитываемом участке, °С; а= 1/273— коэффициент объемного расширения газов; L и d — длина и гидравлический диаметр газохода, м. Для канала произвольной формы гидравлический диаметр
С2'21)
где / — сечение канала, м2; U—его периметр, м.
• Потери давления на местные сопротивления
А-=2^Р, н/м\ (2-22)
где коэффициенты сопротивлений 1, не зависящие от критерия Re, берутся по таблицам.
Для примера применим уравнение Бернулли для определения разрежения, создаваемого дымовой трубой (рис. 2-7). Принимая для сечения А-А zi = 0 и для сечения Б-Б zz=H, получаем (для средней температуры газов в трубе):
