Proprietà termofisiche dei fumi. Proprietà fisiche dell'aria, dei gas e dell'acqua Bilancio termico del generatore d'aria

Calore di combustione. Il potere calorifico inferiore del combustibile gassoso secco Qf varia ampiamente da 4 a 47 MJ/m3 e dipende dalla sua composizione - il rapporto e la qualità di combustibile e non combustibile

Componenti Il valore Qf più basso è per il gas di altoforno, la cui composizione media è di circa il 30% di gas infiammabili (principalmente monossido di carbonio CO) e circa il 60% di azoto N2 non infiammabile. Più grande

Il valore Qf per i gas associati, la cui composizione è caratterizzata da un elevato contenuto di idrocarburi pesanti. Il calore di combustione dei gas naturali oscilla in un intervallo ristretto Qf = 35,5...37,5 MJ/m3.

Il potere calorifico inferiore dei singoli gas inclusi nei combustibili gassosi è riportato nella tabella. 3.2. Per i metodi per determinare il potere calorifico del combustibile gassoso, vedere la sezione 3.

Densità. Esistono densità assolute e relative dei gas.

La densità assoluta del gas pg, kg/m3, è la massa del gas per 1 m3 del volume occupato da questo gas. Quando si calcola la densità di un singolo gas, il suo volume in kilomoli viene considerato pari a 22,41 m3 (come per un gas ideale).

La densità relativa del gas Rotn è il rapporto tra la densità assoluta del gas in condizioni normali e la densità simile dell'aria:

Rotn = Рг / Рв = Рг / 1.293, (6.1)

Dove pg, pE sono rispettivamente la densità assoluta del gas e dell'aria in condizioni normali, kg/m3. Le densità relative dei gas vengono comunemente utilizzate per confrontare tra loro gas diversi.

I valori delle densità assolute e relative dei gas semplici sono riportati nella tabella. 6.1.

La densità della miscela di gas pjM, kg/m3, viene determinata in base alla regola dell'additività, secondo la quale le proprietà dei gas vengono riassunte in base alla loro frazione volumetrica nella miscela:

Dove Xj è il contenuto volumetrico del 7° gas nel carburante, %; (rg); - densità del gas jesimo contenuto nel combustibile, kg/m3; n è il numero di singoli gas nel carburante.

I valori di densità dei combustibili gassosi sono riportati in tabella. P.5.

La densità del gas p, kg/m3, a seconda della temperatura e della pressione, può essere calcolata utilizzando la formula

Dove p0 è la densità del gas in condizioni normali (T0 = 273 K e p0 = 101,3 kPa), kg/m3; p e T sono rispettivamente la pressione effettiva, kPa, e la temperatura assoluta del gas, K.

Quasi tutti i tipi di combustibile gassoso sono più leggeri dell'aria, quindi in caso di perdita il gas si accumula sotto i soffitti. Per motivi di sicurezza, prima di avviare la caldaia, assicurarsi di controllare l'assenza di gas nei luoghi più probabili del suo accumulo.

La viscosità dei gas aumenta con l'aumentare della temperatura. I valori del coefficiente di viscosità dinamica p, Pa-s, possono essere calcolati utilizzando l'equazione empirica di Cesaire-Lenda

Tabella 6.1

Caratteristiche dei componenti del gas combustibile (a t - O °C chr = 101,3 kPa)

Dove p0 è il coefficiente di viscosità dinamica del gas in condizioni normali (G0 = 273 K e p0 - 101,3 kPa), Pa-s; T - temperatura assoluta del gas, K; C è un coefficiente dipendente dal tipo di gas, K, preso dalla tabella. 6.2.

Per una miscela di gas, il coefficiente di viscosità dinamica può essere determinato approssimativamente dai valori di viscosità dei singoli componenti:

Dove gj è la frazione di massa del gas jesimo nel carburante, %; Tsy è il coefficiente di viscosità dinamica del jesimo componente, Pa-s; n è il numero di singoli gas nel carburante.

In pratica, è ampiamente utilizzato il coefficiente di viscosità cinematica V, m2/s, che
Ciò è correlato alla viscosità dinamica p attraverso la dipendenza dalla densità p

V = r/r. (6.6)

Tenendo conto delle (6.4) e (6.6), il coefficiente di viscosità cinematica v, m2/s, in funzione della pressione e della temperatura, può essere calcolato utilizzando la formula

Dove v0 è il coefficiente di viscosità cinematica del gas in condizioni normali (Go = 273 K e p0 = 101,3 kPa), m2/s; p e G sono rispettivamente la pressione effettiva, kPa, e la temperatura assoluta del gas, K; C è un coefficiente dipendente dal tipo di gas, K, preso dalla tabella. 6.2.

I valori dei coefficienti di viscosità cinematica per i combustibili gassosi sono riportati nella tabella. P.9.

Tabella 6.2

Coefficienti di viscosità e conducibilità termica dei componenti del gas combustibile

(a t = 0 °C ir = 101,3 kPa)

Conduttività termica. Il trasferimento di energia molecolare nei gas è caratterizzato dal coefficiente di conducibilità termica ‘k, W/(m-K). Il coefficiente di conducibilità termica è inversamente proporzionale alla pressione e aumenta all'aumentare della temperatura. I valori del coefficiente X possono essere calcolati utilizzando la formula di Sutherland

Dove X.0 è il coefficiente di conducibilità termica del gas in condizioni normali (G0 = 273 K e Po = 101,3 kPa), W/(m-K); p e T sono rispettivamente la pressione effettiva, kPa, e la temperatura assoluta del gas, K; C è un coefficiente dipendente dal tipo di gas, K, preso dalla tabella. 6.2.

I valori dei coefficienti di conducibilità termica per i combustibili gassosi sono riportati in tabella. P.9.

La capacità termica del combustibile gassoso per 1 m3 di gas secco dipende dalla sua composizione e vista generale definito come

4L=0.01(CH2H2+Cco0+

СН4СН4 + сСО2сОг +- + сх. X;), (6.9) dove сН2, сС0, сСш, сС02,…, сх. - capacità termica dei componenti costitutivi del combustibile, rispettivamente idrogeno, monossido di carbonio, metano, anidride carbonica e il componente i-esimo, kJ/(m3-K); H2, CO, CH4, C02, …, Xg--

Le capacità termiche dei componenti combustibili del combustibile gassoso sono riportate nella tabella. Articolo 6, non infiammabile - nella tabella. P.7.

Capacità termica del combustibile gassoso umido

Sggtl, kJ/(m3-K), è definito come

<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn- влагосодержание газообразного топлива,

Esplosività. Una miscela di gas infiammabile e aria in determinate proporzioni può esplodere in presenza di fuoco o anche di una scintilla, ovvero il processo di accensione e combustione avviene a una velocità prossima alla velocità del suono. Le concentrazioni esplosive di gas infiammabile nell'aria dipendono dalla composizione chimica e dalle proprietà del gas. I limiti di concentrazione volumetrica di accensione per i singoli gas infiammabili miscelati con aria sono riportati in precedenza nella tabella. 6.1. L'idrogeno (4...74% in volume) e il monossido di carbonio (12,5...74%) hanno i limiti di infiammabilità più ampi. Per il gas naturale, i limiti medi di infiammabilità inferiore e superiore in volume sono rispettivamente del 4,5 e del 17%; per la cokeria - 5,6 e 31%; per dominio - 35 e 74%.

Tossicità. La tossicità si riferisce alla capacità di un gas di provocare avvelenamento di organismi viventi. Il grado di tossicità dipende dal tipo di gas e dalla sua concentrazione. I componenti del gas più pericolosi a questo riguardo sono il monossido di carbonio CO e l'idrogeno solforato H2S.

La tossicità delle miscele di gas è determinata principalmente dalla concentrazione del componente più tossico presente nella miscela, mentre i suoi effetti nocivi, di norma, sono notevolmente potenziati in presenza di altri gas nocivi.

La presenza e la concentrazione di gas nocivi nell'aria possono essere determinate con un dispositivo speciale: un analizzatore di gas.

Quasi tutti i gas naturali sono inodori. Per individuare le fughe di gas e adottare misure di sicurezza, il gas naturale viene odorizzato prima di entrare nella tubazione, cioè viene saturo di una sostanza dall'odore pungente (ad esempio i mercaptani).

Calore di combustione vari tipi il carburante varia ampiamente. Per l'olio combustibile, ad esempio, è superiore a 40 MJ/kg, mentre per il gas di altoforno e alcune marche di scisti bituminosi è di circa 4 MJ/kg. Anche la composizione dei combustibili energetici varia ampiamente. Pertanto, le stesse caratteristiche qualitative, a seconda del tipo e della marca del carburante, possono differire nettamente l'una dall'altra quantitativamente.

Le caratteristiche del carburante indicate. Per l'analisi comparativa, nel ruolo di caratteristiche che generalizzano la qualità del carburante, vengono utilizzate le caratteristiche del carburante indicate, %-kg/MJ, che generalmente vengono calcolate utilizzando la formula

Dove xg è un indicatore della qualità del carburante funzionante,%; Q[ - calore specifico di combustione (più basso), MJ/kg.

Quindi, ad esempio, per calcolare il ridotto

Umidità contenuto di ceneri zolfo S„p e

Azoto N^p (per lo stato operativo del carburante)

La formula (7.1) assume la seguente forma, %-kg/MJ:

TOC o "1-3" h z KP=Kl GT; (7.2)

4f=l7e[; (7.3)

SNP=S’/Єї; (7.4)

^p=N7Q[. (7.5)

A titolo esemplificativo, il seguente confronto è indicativo nella condizione di bruciare combustibili diversi in caldaie della stessa potenza termica. Quindi, un confronto tra la ridotta umidità del carbone vicino a Mosca

Marca 2B (WЈp = 3,72%-kg/MJ) e nazarov-

Il carbone 2B (W^p = 3,04%-kg/MJ) mostra che nel primo caso la quantità di umidità introdotta nel focolare della caldaia con combustibile sarà circa 1,2 volte maggiore rispetto al secondo, nonostante il fatto che l'umidità operativa del carbone vicino a Mosca (W[ = 31%) è inferiore a quella di

Carbone di Nazarovo (Wf= 39%).

Carburante condizionale. Nel settore energetico, per confrontare l'efficienza dell'uso del combustibile in diversi impianti di caldaie, per pianificare la produzione e il consumo di combustibile nei calcoli economici, è stato introdotto il concetto di combustibile di riferimento. Come combustibile standard, è accettato tale combustibile, il cui calore specifico di combustione (il più basso) in condizioni di lavoro è pari a Qy T = 29300 kJ/kg (o

7000 kcal/kg).

Per ogni combustibile naturale esiste un cosiddetto equivalente termico adimensionale E, che può essere più o meno di uno:

Quando si costruisce un forno, idealmente, si vorrebbe avere un progetto che fornisca automaticamente tutta l'aria necessaria per la combustione. A prima vista, questo può essere fatto usando un camino. Infatti quanto più intensamente la legna arde, tanto più devono essere i fumi caldi, tanto maggiore deve essere il tiraggio (modello a carburatore). Ma non è vero. Il tiraggio non dipende assolutamente dalla quantità di fumi caldi generati. Il tiraggio è la differenza di pressione nel tubo dalla testata al focolare. È determinato dall'altezza del tubo e dalla temperatura dei fumi, o meglio dalla loro densità.

La spinta è determinata dalla formula:

F= A(p in - p d) h

dove F è il tiraggio, A è il coefficiente, p in è la densità dell'aria esterna, p d è la densità dei fumi, h è l'altezza del tubo

La densità dei fumi si calcola utilizzando la formula:

p d = p dentro (273+t dentro) / (273+t d)

dove t in e t d sono la temperatura in gradi Celsius dell'aria atmosferica esterna al tubo e dei gas di scarico nel tubo.

La velocità di movimento dei gas di combustione nel tubo (flusso volumetrico, ovvero la capacità di aspirazione del tubo) G non dipende affatto dall'altezza del camino ed è determinata dalla differenza di temperatura tra i fumi e l'aria esterna, nonché dalla sezione trasversale del camino. Da ciò derivano alcune conclusioni pratiche.

Innanzitutto, i camini sono alti non per aumentare il flusso d'aria attraverso il focolare, ma solo per aumentare il tiraggio (cioè la caduta di pressione nel tubo). Questo è molto importante per evitare che il tiraggio si ribalti (fumando la stufa) durante il supporto del vento (la quantità di tiraggio deve sempre superare il possibile supporto del vento).

In secondo luogo, è conveniente regolare il flusso d'aria utilizzando dispositivi che modificano la sezione trasversale aperta del tubo, ovvero utilizzando valvole. Quando l'area della sezione trasversale del canale del camino viene aumentata, ad esempio, della metà, ci si può aspettare un aumento di circa due volte del flusso d'aria volumetrico attraverso il focolare.

Spieghiamolo con un esempio semplice e chiaro. Abbiamo due forni identici. Uniamoli in uno solo. Otteniamo una stufa due volte più grande con il doppio della quantità di legna che brucia, con il doppio del flusso d'aria e della sezione trasversale del tubo. Oppure (che è la stessa cosa), se nel focolare divampa sempre più legna da ardere, è necessario aprire sempre di più le valvole sul tubo.

Terzo, se la stufa brucia normalmente in uno stato stazionario e lasciamo inoltre entrare un flusso di aria fredda nel focolare oltre la legna che brucia nel camino, i gas di scarico si raffredderanno immediatamente e il flusso d'aria attraverso la stufa sarà ridotto. Allo stesso tempo, il legno che brucia inizierà a spegnersi. Cioè, non sembriamo influenzare direttamente la legna da ardere e dirigere un flusso aggiuntivo oltre la legna da ardere, ma si scopre che il tubo può far passare meno gas di combustione rispetto a prima, quando questo flusso d'aria aggiuntivo era assente. Il tubo stesso ridurrà il flusso d'aria che c'era in precedenza verso la legna da ardere e inoltre non lascerà entrare un ulteriore flusso di aria fredda. In altre parole, il camino verrà bloccato.

Per questo motivo sono dannose le perdite di aria fredda attraverso le fessure dei camini, gli eccessivi flussi d'aria nel focolare e, in generale, eventuali dispersioni di calore nel camino, con conseguente abbassamento della temperatura dei fumi.

In quarto luogo, maggiore è il coefficiente di resistenza gasdinamica del camino, minore è la portata d'aria. Cioè è consigliabile rendere le pareti del camino il più lisce possibile, senza turbolenze e senza curve.

In quinto luogo, quanto più bassa è la temperatura dei gas di combustione, tanto più bruscamente cambia il flusso d'aria quando la temperatura dei gas di scarico varia, il che spiega la situazione di instabilità del tubo durante l'accensione del forno.

Al sesto, ad alte temperature dei fumi, la portata d'aria non dipende dalla temperatura dei fumi. Cioè, quando il forno si riscalda fortemente, il flusso d'aria smette di aumentare e inizia a dipendere solo dalla sezione trasversale del tubo.

Problemi di instabilità sorgono non solo quando si analizzano le caratteristiche termiche del tubo, ma anche quando si considera la dinamica dei flussi di gas nel tubo. In effetti, un camino è un pozzo pieno di gas di combustione leggeri. Se questo gas di combustione leggero non sale verso l'alto molto rapidamente, è possibile che l'aria esterna pesante affoghi semplicemente nel gas leggero e crei una corrente discendente nel tubo. Questa situazione è particolarmente probabile quando le pareti della canna fumaria sono fredde, cioè durante l'accensione della stufa.

Riso. 1. Schema del movimento dei gas in un camino freddo: 1 - focolare; 2 - alimentazione d'aria attraverso il ventilatore; 3-camino; 4 - valvola; 5 - dente del camino; 6-gas di combustione; 7-aria fredda che cade; 8 - flusso d'aria che provoca il ribaltamento della spinta.

a) tubo verticale liscio aperto
b) tubo con valvola e dente
c) tubo con valvola superiore

Le frecce continue indicano la direzione del movimento dei gas di combustione caldi e leggeri. Le frecce tratteggiate indicano la direzione del movimento dei flussi verso il basso di aria fredda e pesante dall'atmosfera.

SU riso. 1a viene mostrato schematicamente un forno in cui viene fornita aria 2 e attraverso un camino vengono scaricati i gas di combustione 6. Se la sezione trasversale del camino è grande (o la velocità di movimento dei gas di scarico è piccola), quindi come risultato di qualche fluttuazione dell'aria atmosferica fredda e pesante 7 inizia a penetrare nel camino, raggiungendo anche il focolare. Questo flusso in caduta può sostituire il flusso d'aria “standard” attraverso la cenere 2. Anche se la stufa è bloccata con tutte le porte e tutte le serrande di aspirazione dell'aria sono chiuse, la stufa può comunque bruciare a causa dell'aria proveniente dall'alto. Del resto, questo è esattamente ciò che accade spesso quando i carboni si spengono con lo sportello del forno chiuso. Può verificarsi anche una completa inversione del tiraggio: l'aria entrerà dall'alto attraverso il tubo ed i fumi usciranno dalla porta.

In realtà sulla parete interna del camino sono sempre presenti irregolarità, escrescenze e asperità, in caso di collisione con le quali i fumi e le correnti d'aria fredda controcorrente vorticano e si mescolano tra loro. Il flusso d'aria fredda verso il basso viene espulso o, una volta riscaldato, inizia a salire verso l'alto mescolato con gas caldi.

L'effetto di dispiegamento dei flussi di aria fredda verso il basso verso l'alto è rafforzato dalla presenza di valvole parzialmente aperte, nonché dal cosiddetto dente, ampiamente utilizzato nella tecnologia di produzione dei caminetti ( riso. 1b). Il dente impedisce il flusso di aria fredda dal camino allo spazio del caminetto e quindi impedisce al caminetto di fumare.

Le correnti d'aria verso il basso nel tubo sono particolarmente pericolose in caso di nebbia: i gas di scarico non sono in grado di evaporare le più piccole goccioline d'acqua, si raffreddano, il tiraggio diminuisce e possono persino ribaltarsi. Il forno fa molto fumo e non si accende.

Per lo stesso motivo le stufe con la canna fumaria umida fanno molto fumo. Per evitare correnti discendenti, le valvole superiori sono particolarmente efficaci ( riso. 1c), regolabile in funzione della velocità dei fumi nel camino. Tuttavia, il funzionamento di tali valvole è scomodo.

Riso. 2. Dipendenza del coefficiente di eccesso d'aria a dal tempo di riscaldamento del forno (curva continua). La curva tratteggiata rappresenta la portata d'aria G necessaria per la completa ossidazione dei prodotti della combustione del legno (incluse fuliggine e sostanze volatili) nei fumi (in unità relative). La curva tratteggiata è la portata d'aria effettiva G del tubo fornita dal tiraggio del tubo (in unità relative). Il coefficiente d'aria in eccesso è il quoziente della separazione del tubo G dall'ingresso G

Un tiraggio stabile e sufficientemente forte si verifica solo dopo che le pareti del camino si sono riscaldate, il che richiede molto tempo, quindi all'inizio della combustione non c'è sempre abbastanza aria. Il coefficiente d'aria in eccesso è inferiore all'unità e la stufa fuma ( riso. 2). E viceversa: a fine combustione il camino rimane caldo, il tiraggio permane a lungo, nonostante la legna sia quasi bruciata (il coefficiente di eccesso d'aria è maggiore di uno). Le stufe in metallo con camini coibentati in metallo raggiungono le condizioni operative più velocemente grazie alla loro bassa capacità termica rispetto ai camini in mattoni.

L'analisi dei processi nel camino può essere continuata, ma è già chiaro che non importa quanto sia buona la stufa stessa, tutti i suoi vantaggi possono essere annullati da un cattivo camino. Naturalmente, l'ideale sarebbe sostituire la canna fumaria con un moderno sistema di scarico forzato dei fumi mediante elettroventilatore con portata regolabile e precondensazione dell'umidità dei fumi. Un tale sistema, tra le altre cose, potrebbe purificare i gas di scarico da fuliggine, monossido di carbonio e altre impurità nocive, nonché raffreddare i gas di scarico scaricati e fornire recupero di calore.

Ma tutto questo è in un lontano futuro. Per un residente estivo e un giardiniere, un camino a volte può diventare molto più costoso della stufa stessa, soprattutto nel caso del riscaldamento di una casa a più livelli. I camini delle saune sono generalmente più semplici e corti, ma la potenza termica della stufa può essere molto elevata. Tali tubi, di regola, sono molto riscaldati su tutta la loro lunghezza, da essi spesso volano scintille e cenere, ma la perdita di condensa e fuliggine è insignificante.

Se attualmente prevedi di utilizzare l'edificio dello stabilimento balneare solo come stabilimento balneare, il tubo può essere reso non isolato. Se si pensa allo stabilimento balneare anche come luogo di eventuale soggiorno (residenza temporanea, pernottamento), soprattutto in inverno, allora è più opportuno realizzare subito la tubazione coibentata, e di alta qualità, “a vita”. In questo caso, la stufa può essere cambiata almeno ogni giorno, il design può essere selezionato in modo migliore e più necessario e il tubo sarà lo stesso.

Almeno, se la stufa funziona in modalità di combustione a lungo termine (legna senza fiamma), è assolutamente necessario isolare il tubo, poiché a basse potenze (1 - 5 kW) il tubo metallico non isolato diventerà completamente freddo, la condensa scorrerà abbondantemente , che nelle gelate più severe può addirittura congelare e ostruire il tubo con il ghiaccio. Ciò è particolarmente pericoloso in presenza di reti parascintille e di ombrelloni con piccole luci di passaggio. I parascintille sono consigliabili per incendi intensi in estate ed estremamente pericolosi in condizioni di bassa combustione della legna in inverno. A causa del possibile intasamento dei tubi con ghiaccio, nel 1991 è stata vietata l'installazione di deflettori e cappe sui tubi delle stufe (e anche prima sui camini delle stufe a gas).

Per gli stessi motivi, non dovresti lasciarti trasportare dall'altezza del tubo: il livello del tiraggio non è così importante per una stufa per sauna non girevole. Se inizia a fumare, puoi sempre ventilare rapidamente la stanza. Ma l'altezza sopra il colmo del tetto (almeno 0,5 m) deve essere mantenuta per evitare che il tiraggio si ribalti durante le raffiche di vento. Sui tetti piani il tubo deve sporgere sopra il manto nevoso. In ogni caso è meglio avere un tubo più basso, ma più caldo (rispetto a uno più alto, ma più freddo). I tubi alti in inverno sono sempre freddi e pericolosi da utilizzare.

I camini freddi presentano molti svantaggi. Allo stesso tempo, i tubi non isolati, ma non molto lunghi sulle stufe metalliche si riscaldano rapidamente quando vengono accesi (molto più velocemente dei tubi in mattoni), rimangono caldi durante un riscaldamento vigoroso e quindi sono ampiamente utilizzati negli stabilimenti balneari (e non solo negli stabilimenti balneari), in particolare poiché sono relativamente economici. I tubi in cemento-amianto non vengono utilizzati sulle stufe metalliche, poiché sono pesanti e si rompono anche se surriscaldati, provocando la rottura dei frammenti.

Riso. 3. I progetti più semplici di camini metallici: 1 - camino rotondo in metallo; 2 - parascintille; 3 - tappo per proteggere il tubo dalle precipitazioni; 4 - travi; 5 - rivestimento del tetto; 6 - blocchi di legno tra le travi (o travi) per creare un'apertura tagliafuoco (taglio) nel tetto o nel soffitto (se necessario); 7 - colmo del tetto; 8 - coperture morbide (cartone animato, isolante in idrovetro, tegole morbide, lastre di cartone ondulato-bitume, ecc.); 9 - lamiera metallica per la copertura del tetto e copertura dell'apertura (è consentito l'uso di una lamiera piana di aceido - pannello isolante elettrico in cemento-amianto); 10 - tampone drenante in metallo; 11 - sigillatura dell'intercapedine con amianto (giunto); 12 - cappuccio a lontra in metallo; 13 - travi del soffitto (con spazio riempito con isolamento); 14 - rivestimento del soffitto; 15 - piano mansardato (se necessario); 16 - lamiera per taglio soffitto; 17 - angoli di rinforzo in metallo; 18 - copertura metallica per rivestimento del soffitto (se necessario); 19 - isolante resistente al calore non infiammabile (argilla espansa, sabbia, perlite, lana minerale); 20 - copertura protettiva (lamiera metallica sopra uno strato di cartone amianto spessore 8 mm); 21 - schermo per tubi metallici.

a) tubo non isolato termicamente;
b) un tubo schermato termicamente isolato con una resistenza al trasferimento di calore di almeno 0,3 m 2 -deg/W (che equivale ad uno spessore di mattone di 130 mm o ad uno spessore di isolamento in lana minerale di 20 mm).

SU riso. 3 Vengono presentati gli schemi di installazione tipici di tubi metallici non isolati. Il tubo stesso deve essere acquistato in acciaio inossidabile con uno spessore di almeno 0,7 mm. Il diametro più comune del tubo russo è 120 mm, quello finlandese è 115 mm.

Secondo GOST 9817-95, l'area della sezione trasversale di un camino multigiro deve essere di almeno 8 cm 2 per 1 kW di potenza termica nominale rilasciata nel focolare durante la combustione della legna. Questa potenza non deve essere confusa con la potenza termica di una stufa ad alta intensità di calore, rilasciata dalla superficie esterna in mattoni della stufa nella stanza secondo SNiP 2.04.05-91. Questo è uno dei tanti malintesi dei nostri documenti normativi. Poiché le stufe ad alta intensità di calore vengono solitamente riscaldate solo 2-3 ore al giorno, la potenza nel focolare è circa dieci volte maggiore della potenza di rilascio del calore dalla superficie di una stufa in mattoni.

La prossima volta parleremo delle caratteristiche dell'installazione dei camini.

L'aria umida è una miscela di aria secca e vapore acqueo. Nell'aria insatura, l'umidità si trova nello stato di vapore surriscaldato e quindi le proprietà dell'aria umida possono essere descritte approssimativamente dalle leggi dei gas ideali.

Le principali caratteristiche dell’aria umida sono:

1. Umidità assoluta G, che determina la quantità di vapore acqueo contenuto in 1 m 3 di aria umida. Il vapore acqueo occupa l'intero volume della miscela, quindi l'umidità assoluta dell'aria è pari alla massa di 1 m 3 di vapore acqueo o alla densità del vapore, kg/m 3

2. L'umidità relativa dell'aria j è espressa dal rapporto tra l'umidità assoluta dell'aria e la sua massima umidità possibile alla stessa pressione e temperatura o dal rapporto tra la massa di vapore acqueo contenuta in 1 m 3 di aria umida e la massa di vapore acqueo necessario per saturare completamente 1 m 3 di aria umida alla stessa pressione e temperatura.

L'umidità relativa determina il grado di saturazione dell'aria con umidità:

, (1.2)

dov'è la pressione parziale del vapore acqueo corrispondente alla sua densità Pa; - pressione di vapore saturo alla stessa temperatura, Pa; - la massima quantità possibile di vapore in 1 m 3 di aria umida satura, kg/m 3 ; - densità del vapore alla pressione parziale e alla temperatura dell'aria umida, kg/m3.

La relazione (1.2) è valida solo quando si può assumere che il vapore liquido sia un gas ideale fino allo stato di saturazione.

La densità dell'aria umida r è la somma delle densità del vapore acqueo e dell'aria secca a pressioni parziali di 1 m 3 di aria umida alla temperatura dell'aria umida T, A:

(1.3)

dov'è la densità dell'aria secca alla pressione parziale di 1 m 3 di aria umida, kg/m 3 ; - pressione parziale dell'aria secca, Pa; - costante dei gas dell'aria secca, J/(kg×K).

Esprimendo e utilizzando l'equazione di stato per l'aria e il vapore acqueo, otteniamo

, (1.5)

dove è il flusso di massa di aria e vapore acqueo, kg/s.

Queste uguaglianze sono valide per lo stesso volume V aria umida e la stessa temperatura. Dividendo la seconda uguaglianza per la prima, otteniamo un'altra espressione per il contenuto di umidità

. (1.6)

Sostituendo qui i valori delle costanti dei gas per l'aria J/(kg × K) e per il vapore acqueo J/(kg × K), otteniamo il valore del contenuto di umidità espresso in chilogrammi di vapore acqueo per 1 kg di aria secca

. (1.7)

Sostituendo la pressione parziale dell'aria con il valore , dove dal precedente e IN– pressione atmosferica barometrica nelle stesse unità di R, otteniamo per l'aria umida sotto pressione barometrica

. (1.8)

Pertanto, ad una determinata pressione barometrica, il contenuto di umidità dell'aria dipende solo dalla pressione parziale del vapore acqueo. Il massimo contenuto di umidità possibile nell'aria, da dove

. (1.9)

Poiché la pressione di saturazione aumenta con la temperatura, la quantità massima possibile di umidità che può essere contenuta nell'aria dipende dalla sua temperatura, e maggiore è la temperatura, maggiore è. Se le equazioni (1.7) e (1.8) vengono risolte per e , allora otteniamo

(1.10)

. (1.11)

Il volume di aria umida in metri cubi per 1 kg di aria secca viene calcolato dalla formula

(1.12)

Volume specifico di aria umida v, m 3 /kg, si determina dividendo il volume di aria umida per la massa della miscela per 1 kg di aria secca:

L'aria umida come refrigerante è caratterizzata da un'entalpia (in kilojoule per 1 kg di aria secca) pari alla somma delle entalpie dell'aria secca e del vapore acqueo

(1.14)

dove è la capacità termica specifica dell'aria secca, kJ/(kg×K); T– temperatura dell'aria, °C; io- entalpia del vapore surriscaldato, kJ/kg.

L'entalpia di 1 kg di vapore acqueo saturo secco a basse pressioni è determinata dalla formula empirica kJ/kg:

dove è un coefficiente costante approssimativamente uguale all'entalpia del vapore alla temperatura di 0 °C; = 1,97 kJ/(kg×K) – capacità termica specifica del vapore.

Sostituendo i valori io nell’espressione (1.14) e prendendo il calore specifico dell’aria secca costante e pari a 1.0036 kJ/(kg×K), troviamo l’entalpia dell’aria umida in kilojoule per 1 kg di aria secca:

Per determinare i parametri del gas umido, vengono utilizzate equazioni simili a quelle discusse sopra.

, (1.17)

dov'è la costante dei gas per il gas in esame; R- pressione del gas.

Entalpia del gas, kJ/kg,

dove è la capacità termica specifica del gas, kJ/(kg×K).

Contenuto di umidità assoluta del gas:

. (1.19)

Quando si calcolano gli scambiatori di calore a contatto per refrigeranti aria-acqua, è possibile utilizzare i dati nella tabella. 1.1-1.2 o dipendenze calcolate per determinare i parametri fisico-chimici dell'aria (1.24-1.34) e dell'acqua (1.35). Per i gas di combustione possono essere utilizzati i dati della tabella 1. 1.3.

Densità del gas umido, kg/m3:

, (1.20)

dove è la densità del gas secco a 0 °C, kg/m3; M g, M p – masse molecolari di gas e vapore.

Coefficiente di viscosità dinamica del gas umido, Pa×s:

, (1.21)

dov'è il coefficiente di viscosità dinamica del vapore acqueo, Pa×s; - coefficiente di viscosità dinamica del gas secco, Pa×s; - concentrazione in massa del vapore, kg/kg.

Capacità termica specifica del gas umido, kJ/(kg×K):

Coefficiente di conduttività termica del gas umido, W/(m×K):

, (1.23)

Dove K– indice adiabatico; IN– coefficiente (per i gas monoatomici IN= 2,5; per i gas biatomici IN= 1,9; per i gas triatomici IN = 1,72).

Tabella 1.1. Proprietà fisiche dell'aria secca ( R= 0,101 MPa)

Le proprietà termofisiche dell'aria secca possono essere approssimate dalle seguenti equazioni.

Viscosità cinematica dell'aria secca a temperature da -20 a +140 °C, m 2 /s:

Papà; (1.24)

e da 140 a 400 °C, m 2 /s:

. (1.25)

Tabella 1.2. Proprietà fisiche dell'acqua in stato di saturazione

Densità del gas umido, kg/m3.

Le proprietà termofisiche dei prodotti gassosi della combustione, necessarie per calcolare la dipendenza di vari parametri dalla temperatura di un dato mezzo gassoso, possono essere stabilite sulla base dei valori riportati in tabella. In particolare, le dipendenze indicate per la capacità termica si ottengono nella forma:

Cpsm = a -1/ D,

Dove UN = 1,3615803; B = 7,0065648; C = 0,0053034712; D = 20,761095;

Cpsm = a + bT sm + cT 2 sm,

Dove UN = 0,94426057; B = 0,00035133267; C = -0,0000000539.

La prima dipendenza è preferibile in termini di precisione di approssimazione, la seconda dipendenza può essere adottata per calcoli di precisione inferiore.

Parametri fisici dei gas di combustione
(A P = 0,0981 MPa; R CO2 = 0,13; P H2O = 0,11; R N2 = 0,76)

APPENDICE 3

(riferimento)

Permeabilità all'aria e ai fumi di condotti e valvole d'aria

1. Per determinare le perdite o le perdite d'aria in relazione ai condotti di ventilazione dei sistemi di controllo del fumo si possono utilizzare le seguenti formule ottenute approssimando i dati tabellari:

per condotti d'aria di classe H (nel campo di pressione 0,2 - 1,4 kPa): ΔL = UN(R - B)Con, Dove ΔL- perdite d'aria (perdite), m 3 /m 2 h; R- pressione, kPa; UN = 10,752331; B = 0,0069397038; Con = 0,66419906;

per condotti d'aria di classe P (nel campo di pressione 0,2 - 5,0 kPa): dove un = 0,00913545; b =-3.1647682 · 10 8 ; c =-1.2724412 · 10 9 ; d = 0,68424233.

2. Per le valvole normalmente chiuse di sicurezza antincendio, i valori numerici delle caratteristiche specifiche di resistenza alla penetrazione del fumo e del gas in base alla temperatura del gas corrispondono ai dati ottenuti durante le prove al fuoco al banco di vari prodotti presso la base sperimentale del VNIIPO:

Quando il carbonio del combustibile viene bruciato nell'aria secondo l'equazione (21C+2102 + 79N2=21C02 + 79N2), per ogni volume di C02 nei prodotti della combustione ce ne sono 79: 21 = 3,76 volumi di N2.

Quando si brucia antracite, carboni magri e altri tipi di combustibile alto contenuto carbonio, si formano prodotti di combustione simili nella composizione ai prodotti di combustione del carbonio. Quando si brucia l'idrogeno secondo l'equazione

42H2+2102+79N2=42H20+79N2

Per ogni volume di H20 ci sono 79:42 = 1,88 volumi di azoto.

Nei prodotti della combustione di gas naturali, liquefatti e di coke, combustibili liquidi, legna da ardere, torba, lignite, carbone a fiamma lunga e gassosa e altri tipi di combustibili con un contenuto significativo di idrogeno nella massa combustibile, una grande quantità di vapore acqueo viene formato, talvolta superando il volume della CO2. La presenza di umidità nella parte superiore

Lieve aumenta naturalmente il contenuto di vapore acqueo nei prodotti della combustione.

Composizione del prodotto combustione completa i principali tipi di carburante in un volume stechiometrico d'aria sono riportati nella tabella. 34. Dai dati di questa tabella è chiaro che nei prodotti della combustione di tutti i tipi di carburante il contenuto di N2 supera significativamente il contenuto totale di C02-f-H20 e nei prodotti della combustione del carbonio è del 79%.

I prodotti della combustione dell'idrogeno contengono il 65% di N2, mentre i prodotti della combustione di gas naturali e liquefatti, benzina, olio combustibile e altri tipi di combustibili idrocarburici ne contengono il 70-74%.

Riso. 5. Capacità termica volumetrica

Prodotti della combustione

4 - prodotti della combustione del carbonio

5 - prodotti della combustione dell'idrogeno

La capacità termica media dei prodotti di combustione completi che non contengono ossigeno può essere calcolata utilizzando la formula

C = 0,01(Cc02C02 + Cso2S02 + C„20H20 + CN2N2) kcal/(m3-°C), (VI. 1)

Dove Сс0г, Csо2, СНа0, CNa sono le capacità termiche volumetriche di anidride carbonica, anidride solforosa, vapore acqueo e azoto, e С02, S02, Н20 e N2 sono il contenuto dei componenti corrispondenti nei prodotti della combustione, % (volume).

In accordo con ciò, la formula (VI. 1) assume la seguente forma:

C=0,01.(Cc02/?02 + CHj0H20-bCNi! N2) kcal/(m3°С). (VI.2)

La capacità termica volumetrica media di C02, H20 e N2 nell'intervallo di temperature da 0 a 2500 °C è riportata nella tabella. 36. Le curve che caratterizzano la variazione della capacità termica volumetrica media di questi gas all'aumentare della temperatura sono mostrate in Fig. 5.

Da quelli riportati in tabella. 16 dati e curve mostrati in Fig. 5, è visibile quanto segue:

1. La capacità termica volumetrica della CO2 supera significativamente la capacità termica dell'H20, che a sua volta supera la capacità termica dell'N2 nell'intero intervallo di temperature da 0 a 2000 °C.

2. La capacità termica della CO2 aumenta con l'aumento della temperatura più velocemente della capacità termica dell'H20 e la capacità termica dell'H20 più velocemente della capacità termica dell'N2. Tuttavia, nonostante ciò, le capacità termiche volumetriche medie ponderate dei prodotti della combustione di carbonio e idrogeno in un volume stechiometrico di aria differiscono poco.

Questa situazione, a prima vista inaspettata, è dovuta al fatto che nei prodotti della combustione completa del carbonio nell'aria, per ogni metro cubo di CO2, che ha la capacità termica volumetrica più elevata, ci sono 3,76 m3 di N2 con la capacità termica minima capacità termica volumetrica.

Capacità termica, e nei prodotti della combustione dell'idrogeno, per ogni metro cubo di vapore acqueo, la cui capacità termica volumetrica è inferiore a quella della CO2, ma maggiore di quella dell'N2, c'è la metà della quantità di azoto (1,88 m3) .

Di conseguenza, le capacità termiche volumetriche medie dei prodotti della combustione di carbonio e idrogeno nell'aria vengono livellate, come si può vedere dai dati in tabella. 37 e confronto delle curve 4 e 5 in Fig. 5. La differenza nelle capacità termiche medie ponderate dei prodotti della combustione di carbonio e idrogeno nell'aria non supera il 2%. Naturalmente, le capacità termiche dei prodotti della combustione del carburante, costituiti principalmente da carbonio e idrogeno, in un volume stechiometrico di aria si trovano in una regione ristretta tra le curve 4 e 5 (ombreggiate in Fig. 5).

Prodotti di combustione completa di varia tipologia; i combustibili nell'aria stechiometrica nell'intervallo di temperatura da 0 a 2100 °C hanno la seguente capacità termica, kcal/(m3>°C):

Le fluttuazioni nella capacità termica dei prodotti della combustione di vari tipi di combustibile sono relativamente piccole. U combustibile solido con un elevato contenuto di umidità (legna da ardere, torba, lignite, ecc.), la capacità termica dei prodotti della combustione nello stesso intervallo di temperature è superiore a quella dei combustibili a basso contenuto di umidità (antracite, carbon fossile, olio combustibile, gas naturale , ecc.). Ciò è spiegato dal fatto che quando viene bruciato combustibile con un elevato contenuto di umidità, i prodotti della combustione aumentano il contenuto di vapore acqueo, che ha una capacità termica maggiore rispetto al gas biatomico - azoto.

Nella tabella La Figura 38 mostra le capacità termiche volumetriche medie dei prodotti della combustione completi, non diluiti con aria, per vari intervalli di temperatura.

Tabella 38

Un aumento del contenuto di umidità nel carburante aumenta la capacità termica dei prodotti della combustione a causa di un aumento del contenuto di vapore acqueo in essi nello stesso intervallo di temperature, rispetto alla capacità termica dei prodotti della combustione del carburante con un contenuto di umidità inferiore e allo stesso tempo abbassa la temperatura di combustione del carburante a causa dell'aumento del volume dei prodotti della combustione dovuto alla coppia d'acqua.

All’aumentare del contenuto di umidità nel combustibile, la capacità termica volumetrica dei prodotti della combustione aumenta in un dato intervallo di temperature e contemporaneamente diminuisce l’intervallo di temperatura da 0 a £max a causa della diminuzione del valore<тах. ПОСКОЛЬКУ ТЄПЛОЄМКОСТЬ ГЭЗОВ уМвНЬ — шается с понижением температуры, теплоемкость продуктов сгорания топлива с различной влажностью в интервале температур от нуля до <тах для данного топлива претерпевает незначительные колебания (табл. 39). В соответствии с этим можно принять теплоемкость про­дуктов сгорания всех видов твердого топлива от 0 до tmax равной 0,405, жидкого топлива 0,401, природного, доменного и генераторного газов 0,400 ккал/(м3-°С).

Ciò consente di semplificare notevolmente la determinazione delle temperature calorimetriche e calcolate di combustione (secondo il metodo descritto nel Capitolo VII). L'errore consentito in questo caso solitamente non supera l'1%, ovvero i 20°.

Dall'esame delle curve 4 e 5 in Fig. 5 si può vedere che il rapporto tra i prodotti di capacità termica della combustione completa del carbonio in un volume stechiometrico di aria nell'intervallo di temperature da 0 a t°C, ad esempio da 0 a

200 e da 0 a 2100 °C sono praticamente uguali al rapporto tra le capacità termiche dei prodotti della combustione dell'idrogeno negli stessi intervalli di temperatura. Il rapporto indicato delle capacità termiche C' rimane praticamente costante per i prodotti della combustione completa di vari tipi di combustibile in un volume stechiometrico d'aria.

Nella tabella 40 mostra il rapporto tra le capacità termiche dei prodotti della combustione completa di combustibile con un basso contenuto di zavorra, che si trasforma in prodotti di combustione gassosi (antracite, coke, carbone, combustibile liquido, naturale, petrolio, gas di cokeria, ecc.) nell'intervallo di temperature da 0 a t °C e nell'intervallo di temperature da 0 a 2100 °C. Poiché la capacità termica di questi tipi di combustibile è prossima a 2100 °C, il rapporto tra le capacità termiche C’ indicato è uguale al rapporto tra le capacità termiche nell’intervallo di temperature da 0 a t e da 0 a tm&x-

Nella tabella 40 mostra anche i valori del valore C', calcolato per i prodotti della combustione di carburante con un alto contenuto di zavorra, che si trasforma in prodotti della combustione gassosi durante la combustione del carburante, cioè umidità nel combustibile solido, azoto e anidride carbonica nel combustibile gassoso. La potenza termica di questi tipi di combustibile (legna da ardere, torba, lignite, generatore misto, aria e gas di altoforno) è di 1600-1700 °C.

Tabella 40

Come si può vedere dalla tabella. 40, i valori di C' e K differiscono poco anche per prodotti di combustione di combustibili con diverso contenuto di zavorra e potenza termica.