Учебное пособие по дисциплине «Энергосбережение в промышленных печах» для бакалавров направления 5310100 «Энергетика

Рис. 1-20. Схема плазменной плавильной печи.


ГЛАВА ВТОРАЯ
ДВИЖЕНИЕ ГАЗОВ И МАТЕРИАЛОВ В ПЕЧАХ
2-1. ВИДЫ ДВИЖЕНИЯ ГАЗОВ.

Классификация видов движения газов. Движение га­зов может быть принудительным, вызванным действием вентиляторов, струйных аппаратов, и естественным — за счет разности плотностей движущихся газов. По характеру различают ламинарное и турбулентное движение. В рабочем пространстве печей газы чаще всего движутся струями в среде менее подвижных и застойных газов (струйное движе­ние). В каналах печей газы движутся сплошными потоками (канальное движение). Газы в топках и печах часто пронизывают слой кускового или сыпучего материала и оказывают давление на кусочки материала (фильтрационное движение); такое движение газов может иметь место в плотном слое материала, в кипящем слое, во взвешенном слое. Иног­да газы, несущие взвесь материала, искусственно закручивают в круг­лых каналах — тогда имеет место циклонное движение.

Естественное и вынужденное движение газов. Ламинарный и турбулентный характер движения. В печах газы иногда движутся с малыми скоростями, и тогда при наличии значительных свободных объемов и больших разностей температур в различных точках этих объемов движение газов может быть естественным, однако в настоящее время большинство печей работает с принудительным движением газов. При принудительном движении газов картина их движения в рабочем пространстве печи или распределение давлений в нем при сложных конструкциях печей не могут быть определены теоретически, и поэтому прибегают к опытному изучению характера движения на моделях печей, обычно очень легко изготовляемых. Метод моделирования, развитый в нашей стране М. В. Кирпичевым и его сотрудниками, является весьма ценным вкладом в печную теплотехнику, так как позволяет проверить целесообразность конструкции до ее постройки.
Движение газов в печных каналах и полостях, вообще говоря, мо­жет идти несмешивающимися струями по траекториям, подобным фор­ме канала; такое движение называется ламинарным. Это соответствует значению критерия Рейнольдса Re  2 300. Оно редко наблюдаете в печных газоходах. При лами­нарном движении перенос мас­сы осуществляется путем молекулярной диффузии, а передача тепла — путем теплопроводности; тепло- и массообмен протекает слабо. При Re  2300 инерционные силы в потоке превалируют над силами трения настолько, что в потоке об­разуется множество возбуж­денных пересекающихся стру­ек: масса переносится главным образом путем вихревой диффузии, а теплота—-посредством конвекции. Скорость в каждой точке изменя­ется по величине и направлению. Такое движение называется турбулентным. При постоянном расходе газа через какое-либо се­чение средняя скорость турбулентного движения в данной точке остает­ся постоянной по величине и направлена в сторону движения. На рис 2-1 показано значение вектора мгновенной скорости  в данной точке, являющейся геометрической суммой средней скорости  (постоянной по величине и направлению) и пульсационной скорости , изменяю­щейся по величине и направлению:
(2-1)
Благодаря пульсационной скорости и происходит энергичный тепло-и массообмен в потоке. Если эпюра скоростей по сечению канала при ламинарном, движении изображается параболой (рис. 2-1,а), для кото­рой отношение средней скорости по всему сечению к максимальной ско­рости по оси _о будет _ср/_о  0,5, то при турбулентном движении из-за выравнивающего действия пульсационных скоростей отношение _ср/_о = 0,750,84 (рис 2-1,6).