Статика двух однородных газов

В печах приходится сталкиваться с фактом взаимо­действия газов, заполняющих печь, и окружающей ат­мосферой. Плотность продуктов сгорания может отли­чаться от плотности воздуха как в ту, так и в другую сторону в зависимости от содержания С0₂ и Н₂О, но от­клонения эти невелики и в расчетах можно принимать, что плотность ρ печных газов при 0° С, как и воздуха, равна 1,29 кг/м³, •

Тогда плотность газов при Т °С равна:

Приведем значения плотностей печных газов при не­которых температурах:

 

Т, ^оС... О 500 1000 1500 2000

р_гкг/м³.... 1,29 0,456 0,276 0,199 0,155

Приведенные цифры показывают, что плотность га­зов в печах при высоких температурах в несколько раз меньше, чем у окружающего воздуха.

Основные положения статики двух однородных газов найдем из рассмотрения следующего случая.

На рис. 65 представлена схема печи с дымовым бо­ровом. Печь заполнена горячими газами, шибер закрыт, заслонка на рабочем окне несколько приоткрыта, все отверстия в печи закрыты, газовая горелка отключена. В этих условиях наблюдается равновесие газов и окру­жающей атмосферы, вследствие чего не будет ни выби­вания газов, ни засасывания воздуха в печь через при­открытое рабочее окно.

Проводим линию абсолютного барометрического дав­ления атмосферы, окружающей печь. Уклон прямой, изображающей изменение абсолютного давления по вы­соте, зависит от плотности газа. Отметим, что чем боль­ше плотность газа, тем более полого пойдет прямая.

 

 

Рис. 65. Статика двух однородных газов

1 — абсолютное дав­ление газов в печи; 2 — то же, атмосфе­ры; 3 —относитель­ное давление

.

Абсолютное давление печных газов, заполняющих печное пространство, нам известно лишь на уровне печ­ного окна, где оно равно давлению окружающего возду­ха. Следовательно, прямая, изображающая абсолютное давление печных газов, пройдет через точку О (приня­то, что температура печных газов по высоте печи посто­янна).

Абсолютное давление легких печных газов будет в меньшей степени меняться по высоте, чем абсолютное давление окружающего воздуха — прямая пойдет круче.

Выше нейтральной плоскости (условное название плоскости, в которой давление печных га­зов и атмосферного воздуха одинаковы), в которой давление равно нулю, печные газы имеют избыточное давление против атмосферного воздуха. Это давление печных га­зов показывается V-образным дифференциальным ма­нометром, поставленным под сводом. Ниже плоскости ±0 отмечено давление, пониженное против атмосферного, т.е. разрежение или вакуум.

Рассмотрим количественную сторону вопроса. На ос­новании выражения (Х-3) для печных газов и воздуха можно соответственно написать:

 

р_г + zp_rg = const (Х-8)

р_в + zp_вg = const (Х-9)

Чтобы получить относительное давление, вычтем по­членно (Х-9) из (Х-8)

р_г– р_в = z(p_вg – p_rg)

обозначая получим

Это уравнение было выведено в предположении, что ось отсчета высоты совмещена с нейтральной плоско­стью ±0.

При z>0 имеем соответственно h_ст>0 при z<0, h_ст <0,

Рассмотрим пример, иллюстрирующий распределение давления в печи.

 

Рис. 66. Распределе­ние статического дав­ления по высоте печи

 

Требуется найти распределение статического (относительного) давления по высоте рабочего пространства печи (при выключенном отоплении и отключенной тяге) и построить это графически. Ней­тральная плоскость ± 0 находится на уровне 1 м от пода. Схема мечи и график относительных давлений даны на рис.66.

Вычисляем плотность газа и воздуха:

т. е. плотность газа в 4,5 раза меньше плотности воздуха.

Определим давление газа под сводом и на поду борова.

Избыточное давление под сводом равно (z =+3,0); h_ст = 3,0 (1,2–0,276) =2,75 мм вод. ст.

Давление на поду борова при z= –4,0 h_ст =- 4,0 (1,2 – 0,276) = – 3,64 мм вод. ст.

На поду рабочей камеры печи при z= –1,0 h_ст =-1,0 (1,20 -0,276) =–0,92 мм вод. ст.

Строим график относительных давлений (см. рис.66)

Уровень нейтральной плоскости ±0 может быть изменяем открытием шибера в борове. Если приоткрыть шибер, то давление в печи уменьшится, нейтральная плоскость переместится вверх и распределение давления изобразится пунктирной прямой. Если шибер закрыть ивключить газовую горелку, то давление в печи повысит­ся, распределение давления представится штрихпунктирной прямой. Но во всех случаях уклоны прямых бу­дут одинаковы (если температура газов во всех случаях одна и та же, в данном случае 1000° С). В рассмотрен­ном примере изменение давления на 1 м высоты состав­ляет 0,92 мм вод ст. Если температура в печи 1000° С, то для грубых подсчетов можно принимать прирост дав­ления в 1 мм вод ст. на 1 м высоты при условиях, близ­ких к равновесию.

Для уменьшения вредного выбивания газов из печи, а также засасывания воздуха желательно поддерживать давление ±0 на уровне рабочих окон. Давление или разрежение в печи у рабочих окон порядка ±2…±5 мм вод ст. считается уже большим и недопустимым.

Из сказанного можно сделать следующие выводы:

1) в печах с высокой температурой можно для гру­бой оценки изменения давления считать, что изменение высоты на 1 м дает изменение давления на 1 мм вод. ст.;

2) уклон линий на графике относительных давлений зависит от разности плотностей воздуха и печных газов;

3) положение уровня ±0 по высоте печи можно ре­гулировать шибером. Закрывая шибер, будем опускать линию нулевого давления к поду и, наоборот, открывая шибер, будем поднимать линию нулевого давления вверх (к своду), что показано пунктирными линиями на графике относительного давления.