Termofysiske egenskaper til røykgasser. Fysiske egenskaper til luft, gasser og vann Termisk balanse til luftvarmeren

Forbrenningsvarme. Den lavere brennverdien til tørt gassformig brensel Qf varierer mye fra 4 til 47 MJ/m3 og avhenger av sammensetningen - forholdet og kvaliteten på brennbart og ikke-brennbart

Komponenter Den laveste Qf-verdien er for masovnsgass, hvor den gjennomsnittlige sammensetningen er ca. 30 % brennbare gasser (hovedsakelig karbonmonoksid CO) og ca. 60 % ikke-brennbart nitrogen N2. Størst

Qf-verdien for assosierte gasser, hvis sammensetning er preget av et høyt innhold av tunge hydrokarboner. Forbrenningsvarmen av naturgasser svinger i et smalt område Qf = 35,5...37,5 MJ/m3.

Den lavere brennverdien for individuelle gasser inkludert i gassformig brensel er gitt i tabell. 3.2. For metoder for å bestemme brennverdien til gassformig drivstoff, se avsnitt 3.

Tetthet. Det er absolutte og relative tettheter av gasser.

Den absolutte tettheten av gass pg, kg/m3, er massen av gass per 1 m3 av volumet som denne gassen bruker. Når man beregner tettheten til en individuell gass, blir volumet i kilomol tatt lik 22,41 m3 (som for en ideell gass).

Relativ gasstetthet Rotn er forholdet mellom den absolutte tettheten av gass under normale forhold og den tilsvarende tettheten til luft:

Rotn = Рг / Рв = Рг / 1,293, (6,1)

Der pg, pE er henholdsvis den absolutte tettheten av gass og luft under normale forhold, kg/m3. Relative gasstettheter brukes ofte til å sammenligne forskjellige gasser med hverandre.

Verdiene for de absolutte og relative tetthetene til enkle gasser er gitt i tabellen. 6.1.

Tettheten til gassblandingen pjM, kg/m3, bestemmes basert på additivitetsregelen, i henhold til hvilken egenskapene til gasser summeres i henhold til deres volumfraksjon i blandingen:

Hvor Xj er det volumetriske innholdet av den 7. gassen i drivstoffet, %; (rg); - tettheten til den jte gassen som er inkludert i drivstoffet, kg/m3; n er antall individuelle gasser i drivstoffet.

Tetthetsverdiene for gassformig brensel er gitt i tabellen. S.5.

Gasstetthet p, kg/m3, avhengig av temperatur og trykk, kan beregnes ved hjelp av formelen

Hvor p0 er gasstettheten under normale forhold (T0 = 273 K og p0 = 101,3 kPa), kg/m3; p og T er henholdsvis det faktiske trykket, kPa, og den absolutte temperaturen til gassen, K.

Nesten alle typer gassformig drivstoff er lettere enn luft, så hvis det er en lekkasje, samler gassen seg under takene. Av sikkerhetsgrunner, før du starter kjelen, sørg for å sjekke fraværet av gass på de mest sannsynlige stedene for akkumulering.

Viskositeten til gasser øker med økende temperatur. Verdiene av koeffisienten for dynamisk viskositet p, Pa-s, kan beregnes ved å bruke den empiriske Cesaire-Lenda-ligningen

Tabell 6.1

Egenskaper for gassdrivstoffkomponenter (ved t - O °C chr = 101,3 kPa)

Hvor p0 er koeffisienten for dynamisk viskositet til gass under normale forhold (G0 = 273 K og p0 - 101,3 kPa), Pa-s; T - absolutt gasstemperatur, K; C er en koeffisient avhengig av type gass, K, tatt fra tabellen. 6.2.

For en blanding av gasser kan koeffisienten for dynamisk viskositet tilnærmet bestemmes fra viskositetsverdiene til de enkelte komponentene:

Hvor gj er massefraksjonen av den jte gassen i drivstoffet, %; Tsy er koeffisienten for dynamisk viskositet til den jte komponenten, Pa-s; n er antall individuelle gasser i drivstoffet.

I praksis er den kinematiske viskositetskoeffisienten V, m2/s, mye brukt, som
Dette er relatert til den dynamiske viskositeten p gjennom tettheten p-avhengighet

V = r/r. (6.6)

Ved å ta hensyn til (6.4) og (6.6), kan koeffisienten for kinematisk viskositet v, m2/s, avhengig av trykk og temperatur, beregnes ved hjelp av formelen

Hvor v0 er koeffisienten for kinematisk viskositet til gass under normale forhold (Go = 273 K og p0 = 101,3 kPa), m2/s; p og G er henholdsvis det faktiske trykket, kPa, og den absolutte temperaturen til gassen, K; C er en koeffisient avhengig av type gass, K, tatt fra tabellen. 6.2.

Verdiene av kinematiske viskositetskoeffisienter for gassformig brensel er gitt i tabellen. S.9.

Tabell 6.2

Viskositet og varmeledningskoeffisienter for gassdrivstoffkomponenter

(ved t = 0 °C ir = 101,3 kPa)

Termisk ledningsevne. Molekylær energioverføring i gasser er preget av varmeledningskoeffisienten ‘k, W/(m-K). Den termiske konduktivitetskoeffisienten er omvendt proporsjonal med trykket og øker med økende temperatur. Verdiene til X-koeffisienten kan beregnes ved å bruke Sutherland-formelen

Hvor X.0 er den termiske konduktivitetskoeffisienten til gass under normale forhold (G0 = 273 K og Po = 101,3 kPa), W/(m-K); p og T er henholdsvis det faktiske trykket, kPa, og den absolutte temperaturen til gassen, K; C er en koeffisient avhengig av type gass, K, tatt fra tabellen. 6.2.

Verdiene for varmeledningskoeffisienter for gassformig brensel er gitt i tabellen. S.9.

Varmekapasiteten til gassformig brensel per 1 m3 tørr gass avhenger av sammensetningen og generelt syn definert som

4L=0 0,01(CH2H2+Cco0+

СН4СН4 + сСО2сОг +- + сх. X;), (6.9) hvor сН2, сС0, сСш, сС02,..., сх. - varmekapasiteten til drivstoffets bestanddeler, henholdsvis hydrogen, karbonmonoksid, metan, karbondioksid og den i-te komponenten, kJ/(m3-K); H2, CO, CH4, C02, …, Xg--

Varmekapasiteten til de brennbare komponentene i gassformig brensel er gitt i tabell. Punkt 6, ikke brennbart - i tabell. S.7.

Varmekapasiteten til vått gassformig brensel

Sggtl, kJ/(m3-K), er definert som

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

Eksplosivitet. En blanding av brennbar gass og luft i visse proporsjoner i nærvær av brann eller til og med en gnist kan eksplodere, det vil si at prosessen med antennelse og forbrenning skjer med en hastighet nær lydhastigheten. Eksplosive konsentrasjoner av brennbar gass i luften avhenger av gassens kjemiske sammensetning og egenskaper. De volumetriske konsentrasjonsgrensene for antennelse for individuelle brennbare gasser blandet med luft er gitt tidligere i tabell. 6.1. Hydrogen (4...74 volum%) og karbonmonoksid (12,5...74%) har de bredeste brennbarhetsgrensene. For naturgass er gjennomsnittlig nedre og øvre brennbarhetsgrense etter volum henholdsvis 4,5 og 17 %; for koksovn - 5,6 og 31%; for domene - 35 og 74%.

Giftighet. Toksisitet refererer til en gass evne til å forårsake forgiftning av levende organismer. Graden av toksisitet avhenger av typen gass og dens konsentrasjon. De farligste gasskomponentene i denne forbindelse er karbonmonoksid CO og hydrogensulfid H2S.

Toksisiteten til gassblandinger bestemmes hovedsakelig av konsentrasjonen av den mest giftige komponenten som er tilstede i blandingen, mens dens skadelige effekter som regel forsterkes merkbart i nærvær av andre skadelige gasser.

Tilstedeværelsen og konsentrasjonen av skadelige gasser i luften kan bestemmes med en spesiell enhet - en gassanalysator.

Nesten alle naturgasser er luktfrie. For å oppdage gasslekkasjer og ta sikkerhetstiltak, luktes naturgass før den kommer inn i rørledningen, det vil si at den er mettet med et stoff som har en skarp lukt (for eksempel merkaptaner).

Forbrenningsvarme forskjellige typer drivstoff varierer mye. For fyringsolje er det for eksempel over 40 MJ/kg, og for masovnsgass og enkelte merker oljeskifer - ca 4 MJ/kg. Sammensetningen av energidrivstoff varierer også mye. Dermed kan de samme kvalitative egenskapene, avhengig av type og merke drivstoff, avvike kraftig fra hverandre kvantitativt.

De gitte drivstoffegenskapene. For komparativ analyse, i rollen som egenskaper som generaliserer drivstoffets kvalitet, brukes de gitte egenskapene til drivstoffet, %-kg/MJ, som vanligvis beregnes ved hjelp av formelen

Hvor xg er en indikator på kvaliteten på drivstoffet, %; Q[ - spesifikk forbrenningsvarme (laveste), MJ/kg.

Så for eksempel å beregne den reduserte

Fuktighet askeinnhold svovel S„p og

Nitrogen N^p (for driftstilstanden til drivstoffet)

Formel (7.1) har følgende form, %-kg/MJ:

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

4f=l7e[; (7.3)

Snp=S’/Єї; (7.4)

^p=N7 Q[. (7,5)

Som et tydelig eksempel er den følgende sammenligningen veiledende under betingelsen om å brenne forskjellige brensler i kjeler med samme termiske effekt. Dermed en sammenligning av den reduserte fuktigheten til kull nær Moskva

Merke 2B (WЈp = 3,72 %-kg/MJ) og nazarov-

Kull 2B (W^p = 3,04%-kg/MJ) viser at i det første tilfellet vil mengden fuktighet som føres inn i ovnen til kjelen med brensel være omtrent 1,2 ganger større enn i det andre, til tross for at driftsfuktigheten til kull nær Moskva (W[ = 31%) er mindre enn den for

Nazarovo-kull (Wf= 39 %).

Betinget drivstoff. I energisektoren, for å sammenligne effektiviteten til brenselbruken i ulike kjeleanlegg, for å planlegge drivstoffproduksjon og -forbruk i økonomiske beregninger, er begrepet referansebrensel introdusert. Som standard drivstoff er slikt drivstoff akseptert, hvis spesifikke forbrenningsvarme (laveste) i driftstilstand er lik Qy T = 29300 kJ/kg (eller

7000 kcal/kg).

For hvert naturlig brensel er det en såkalt dimensjonsløs termisk ekvivalent E, som kan være mer eller mindre enn én:

Når du bygger en ovn, vil du ideelt sett ha et design som automatisk tilfører så mye luft som trengs for forbrenning. Ved første øyekast kan dette gjøres ved hjelp av en skorstein. Jo mer intenst veden brenner, jo flere varme røykgasser bør det være, desto større skal trekken være (forgassermodell). Men det er ikke sant. Trekken er overhodet ikke avhengig av mengden varme røykgasser som genereres. Trekk er trykkforskjellen i røret fra rørhodet til brennkammeret. Det bestemmes av høyden på røret og temperaturen på røykgassene, eller rettere sagt, deres tetthet.

Drivkraft bestemmes av formelen:

F= A(p in - p d) h

der F er trekk, A er koeffisient, p in er tettheten til uteluft, p d er tettheten av røykgasser, h er høyden på røret

Røykgasstettheten beregnes ved å bruke formelen:

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

hvor t in og t d er temperaturen i grader Celsius til den ytre atmosfæriske luften utenfor røret og røykgasser i røret.

Bevegelseshastigheten til røykgasser i røret (volumstrøm, det vil si rørets sugekapasitet) G avhenger ikke i det hele tatt av høyden på skorsteinen og bestemmes av temperaturforskjellen mellom røykgassene og uteluften, samt skorsteinens tverrsnittsareal. En rekke praktiske konklusjoner følger av dette.

for det første, skorsteiner er ikke laget høye i det hele tatt for å øke luftstrømmen gjennom brennkammeret, men bare for å øke trekk (det vil si trykkfallet i røret). Dette er svært viktig for å hindre at trekket velter (røyker ovnen) under vindstøtte (trekkmengden må alltid overstige mulig vindstøtte).

for det andre, det er praktisk å regulere luftstrømmen ved hjelp av enheter som endrer det åpne tverrsnittsarealet til røret, det vil si ved hjelp av ventiler. Når tverrsnittsarealet til skorsteinskanalen økes, for eksempel med det halve, kan man forvente en omtrent to ganger økning i den volumetriske luftstrømmen gjennom brennkammeret.

La oss forklare dette med et enkelt og tydelig eksempel. Vi har to like ovner. La oss kombinere dem til ett. Vi får en dobbelt så stor ovn med dobbel mengde brennende ved, med dobbel luftstrøm og rørets tverrsnittsareal. Eller (som er det samme), hvis mer og mer ved blusser opp i brennkammeret, så er det nødvendig å åpne ventilene på røret mer og mer.

Tredje, hvis ovnen brenner normalt i jevn tilstand, og vi i tillegg slipper en strøm av kald luft inn i brennkammeret forbi den brennende veden inn i skorsteinen, vil røykgassene umiddelbart kjøle seg ned og luftstrømmen gjennom ovnen reduseres. Samtidig vil den brennende veden begynne å dø ut. Det vil si at vi ikke ser ut til å direkte påvirke veden og rette en tilleggsstrøm forbi veden, men det viser seg at røret kan passere mindre røykgasser enn tidligere, når denne ekstra luftstrømmen var fraværende. Selve røret vil redusere luftstrømmen til veden som var tidligere, og vil heller ikke slippe inn en ekstra strøm av kald luft. Med andre ord vil skorsteinen bli blokkert.

Dette er grunnen til at kald luft lekker gjennom sprekker i skorsteiner, overdreven luftstrøm i brennkammeret og generelt varmetap i skorsteinen, som fører til en reduksjon i temperaturen på røykgassene, er så skadelig.

For det fjerde, jo høyere koeffisient for gassdynamisk motstand til skorsteinen, jo lavere er luftstrømmen. Det vil si at det er tilrådelig å gjøre veggene i skorsteinen så glatte som mulig, uten turbulens og uten svinger.

For det femte, jo lavere temperaturen på røykgassene er, desto skarpere endres luftstrømmen når temperaturen på røykgassene svinger, noe som forklarer situasjonen med ustabilitet i røret ved tenning av ovnen.

På sjette plass, ved høye røykgasstemperaturer er luftstrømmen ikke avhengig av røykgasstemperaturen. Det vil si at når ovnen varmes opp sterkt, slutter luftstrømmen å øke og begynner å avhenge bare av rørets tverrsnitt.

Problemer med ustabilitet oppstår ikke bare når man analyserer rørets termiske egenskaper, men også når man vurderer dynamikken til gassstrømmer i røret. Faktisk er en skorstein en brønn fylt med lett røykgass. Hvis denne lette røykgassen ikke stiger veldig raskt, er det mulig at den tunge uteluften rett og slett kan drukne i den lette gassen og skape et fallende trekk i røret. Denne situasjonen er spesielt sannsynlig når veggene i skorsteinen er kalde, det vil si under tenning av ovnen.

Ris. 1. Diagram over bevegelsen av gasser i en kald skorstein: 1 - brennkammer; 2 - lufttilførsel gjennom viften; 3-skorstein; 4 - ventil; 5 - peis tann; 6-røykgasser; 7-kald luft som faller gjennom; 8 - luftstrøm som forårsaker at skyvekraften velter.

a) glatt åpent vertikalt rør
b) rør med ventil og tann
c) rør med toppventil

Solide piler indikerer bevegelsesretningen til lette varme røykgasser. Stiplede piler indikerer bevegelsesretningen til nedadgående strømmer av kald tung luft fra atmosfæren.

På ris. 1a det er skjematisk vist en ovn hvor luft 2 tilføres og røykgasser 6 slippes ut gjennom en skorstein.. Dersom skorsteinens tverrsnitt er stort (eller røykgassens bevegelseshastighet er liten), så som følge av noen svingninger kald, tung atmosfærisk luft 7 begynner å trenge inn i skorsteinen og når til og med en brannkasse. Denne fallende strømmen kan erstatte "standard" luftstrøm gjennom aske 2. Selv om ovnen er låst med alle dører og alle luftinntaksspjeld er lukket, kan ovnen fortsatt brenne på grunn av luften som kommer ovenfra. Det er forresten akkurat det som ofte skjer når kull brenner ut med ovnsdørene lukket. En fullstendig reversering av trekket kan til og med oppstå: luft kommer inn ovenfra gjennom røret, og røykgasser kommer ut gjennom døren.

I virkeligheten er det på den indre veggen av skorsteinen alltid uregelmessigheter, vekster og ruheter, ved kollisjon som røykgassene og motvirkende nedadgående kalde luftstrømmer virvler og blander seg med hverandre. Den kalde nedadgående luftstrømmen presses ut eller, når den varmes opp, begynner den å stige oppover blandet med varme gasser.

Effekten av å utfolde nedadgående strømmer av kald luft oppover forsterkes av tilstedeværelsen av delvis åpne ventiler, så vel som den såkalte tannen, mye brukt i peisproduksjonsteknologi ( ris. 1b). Tannen hindrer strømning av kald luft fra skorsteinen inn i peisrommet og hindrer dermed ildstedet i å ryke.

Nedadgående luftstrømmer i røret er spesielt farlige i tåkete vær: røykgasser klarer ikke å fordampe de minste vanndråpene, kjøles ned, trekken minker og kan til og med velte. Ovnen ryker mye og lyser ikke.

Av samme grunn ryker ovner med fuktig skorstein kraftig. For å forhindre nedtrekk er toppventiler spesielt effektive ( ris. 1c), justerbar avhengig av hastigheten til røykgassene i skorsteinen. Driften av slike ventiler er imidlertid upraktisk.

Ris. 2. Avhengighet av overskuddskoeffisienten a av ovnens oppvarmingstid (heltrukne kurve). Den stiplede kurven er den nødvendige luftmengden G tilstrømning for fullstendig oksidasjon av vedforbrenningsprodukter (inkludert sot og flyktige stoffer) i røykgasser (i relative enheter). Den stiplede, stiplede kurven er den faktiske luftstrømhastigheten G til røret gitt av rørtrekket (i relative enheter). Overskuddskoeffisienten er kvotienten av G-rørseparasjonen ved G-innløp

Et stabilt og tilstrekkelig sterkt trekk oppstår først etter at veggene i skorsteinen er varmet opp, noe som tar betydelig tid, så i begynnelsen av forbrenningen er det alltid ikke nok luft. Overskuddskoeffisienten er mindre enn enhet, og ovnen ryker ( ris. 2). Og omvendt: ved slutten av forbrenningen forblir skorsteinen varm, trekket forblir lenge, selv om veden nesten har brent ut (overskuddskoeffisienten er mer enn én). Metallovner med metallisolerte skorsteiner når driftsforhold raskere på grunn av deres lave varmekapasitet sammenlignet med mursteinskorsteiner.

Analysen av prosessene i skorsteinen kan fortsettes, men det er allerede klart at uansett hvor god ovnen i seg selv er, kan alle fordelene annulleres av en dårlig skorstein. Ideelt sett må selvfølgelig skorsteinen erstattes med et moderne system for tvungen avtrekk av røykgasser ved hjelp av en elektrisk vifte med justerbar strømning og forkondensering av fuktighet fra røykgassene. Et slikt system vil blant annet kunne rense røykgasser fra sot, karbonmonoksid og andre skadelige urenheter, samt avkjøle de utslippede røykgassene og gi varmegjenvinning.

Men alt dette er i en fjern fremtid. For en sommerboer og gartner kan en skorstein noen ganger bli mye dyrere enn selve ovnen, spesielt når det gjelder oppvarming av et hus med flere nivåer. Saunaskorsteiner er vanligvis enklere og kortere, men ovnens varmeeffekt kan være svært høy. Slike rør er som regel veldig oppvarmet i hele lengden, gnister og aske flyr ofte ut av dem, men tapet av kondens og sot er ubetydelig.

Hvis du for øyeblikket planlegger å bruke badehusbygningen bare som et badehus, kan røret gjøres uisolert. Hvis du også tenker på badehuset som et sted for mulig opphold (midlertidig opphold, overnatting), spesielt om vinteren, så er det mer tilrådelig å umiddelbart gjøre røret isolert, og med høy kvalitet, "for livet." I dette tilfellet kan ovnene skiftes minst hver dag, designet kan velges bedre og mer nødvendig, og røret vil være det samme.

I det minste, hvis ovnen fungerer i en langvarig brenningsmodus (ulmende ved), er det absolutt nødvendig å isolere røret, siden ved lav effekt (1 - 5 kW) vil det uisolerte metallrøret bli helt kaldt, kondensat vil strømme rikelig , som i de mest alvorlige frostene kan til og med fryse og blokkere røret med is. Dette er spesielt farlig i nærvær av gnistfangende netting og paraplyer med små passasjehull. Gnistfangere er tilrådelig for intensive branner om sommeren og ekstremt farlige ved lav forbrenning om vinteren. På grunn av mulig tilstopping av rør med is, ble installasjon av deflektorer og hetter på komfyrrør forbudt i 1991 (og på skorsteinene til gassovner enda tidligere).

Av samme grunner bør du ikke la deg rive med av høyden på røret - trekknivået er ikke så viktig for en ikke-roterende badstuovn. Hvis det begynner å ryke, kan du alltid raskt ventilere rommet. Men høyden over takmønet (minst 0,5 m) må opprettholdes for å hindre at trekket velter ved vindkast. På flate tak skal røret stikke ut over snødekket. I alle fall er det bedre å ha et lavere, men varmere rør (enn et høyere, men kaldere). Høye rør om vinteren er alltid kalde og farlige i drift.

Kalde skorsteiner har mange ulemper. Samtidig varmes uisolerte, men ikke veldig lange rør på metallovner raskt opp når de tennes (mye raskere enn murrør), forblir varme under kraftig oppvarming og brukes derfor veldig mye i badehus (og ikke bare i badehus), spesielt siden de er relativt billige. Asbest-sementrør brukes ikke på metallovner, da de er tunge og også går i stykker ved overoppheting, noe som får fragmenter til å fly fra hverandre.

Ris. 3. De enkleste designene av metallskorsteiner: 1 - metall rund skorstein; 2 - gnistfanger; 3 - hette for å beskytte røret mot nedbør; 4 - sperrer; 5 - takbeklædning; 6 - treklosser mellom sperrene (eller bjelkene) for å skape en brannåpning (kuttet) i taket eller taket (om nødvendig); 7 - takrygg; 8 - mykt tak (takpapp, hydroglassisolasjon, myke fliser, bølgepapp-bitumenplater, etc.); 9 - metallplate for å dekke taket og dekke åpningen (det er tillatt å bruke et flatt ark av aceid - asbest-sement elektrisk isolasjonsplate); 10 - metall dreneringspute; 11 - asbestforsegling av gapet (skjøt); 12 - metall oter cap; 13 - takbjelker (med plass fylt med isolasjon); 14 - takbeslag; 15 - loftsgulv (om nødvendig); 16 - metallplate for takskjæring; 17 - metallforsterkende hjørner; 18 - metalldeksel for takbeklædning (om nødvendig); 19 - ikke-brennbar varmebestandig isolasjon (ekspandert leire, sand, perlitt, mineralull); 20 - beskyttelsesdeksel (metallplate over et lag asbestpapp 8 mm tykt); 21 - metallrørskjerm.

a) ikke-termisk isolert rør;
b) et termisk isolert skjermet rør med en varmeoverføringsmotstand på minst 0,3 m 2 -deg/W (som tilsvarer en tegltykkelse på 130 mm eller en isolasjonstykkelse av mineralull på 20 mm).

På ris. 3 Typiske installasjonsskjemaer for ikke-isolerte metallrør er presentert. Selve røret bør kjøpes av rustfritt stål med en tykkelse på minst 0,7 mm. Den vanligste diameteren på det russiske røret er 120 mm, den finske er 115 mm.

I henhold til GOST 9817-95 må tverrsnittsarealet til en flersveis skorstein være minst 8 cm 2 per 1 kW nominell termisk effekt som frigjøres i brennkammeret ved brenning av ved. Denne kraften må ikke forveksles med den termiske kraften til en varmeintensiv ovn, frigjort fra den ytre mursteinsoverflaten til ovnen inn i rommet i henhold til SNiP 2.04.05-91. Dette er en av mange misforståelser i våre reguleringsdokumenter. Siden varmekrevende ovner vanligvis bare varmes opp 2-3 timer om dagen, er effekten i brennkammeret omtrent ti ganger større enn kraften til varmeavgivelsen fra overflaten til en murovn.

Neste gang vil vi snakke om funksjonene ved å installere skorsteiner.

Fuktig luft er en blanding av tørr luft og vanndamp. I umettet luft er fuktighet i tilstanden overopphetet damp, og derfor kan egenskapene til fuktig luft tilnærmet beskrives av lovene til ideelle gasser.

De viktigste egenskapene til fuktig luft er:

1. Absolutt fuktighet g, som bestemmer mengden vanndamp som finnes i 1 m 3 fuktig luft. Vanndamp opptar hele volumet av blandingen, så absolutt luftfuktighet er lik massen på 1 m 3 vanndamp eller damptetthet, kg/m 3

2. Relativ luftfuktighet j uttrykkes ved forholdet mellom luftens absolutte fuktighet og dens maksimalt mulige fuktighet ved samme trykk og temperatur eller forholdet mellom massen av vanndamp inneholdt i 1 m 3 fuktig luft og massen av vanndamp som kreves for å fullstendig mette 1 m 3 fuktig luft ved samme trykk og temperatur.

Relativ fuktighet bestemmer graden av metning av luft med fuktighet:

, (1.2)

hvor er partialtrykket til vanndamp som tilsvarer dens tetthet Pa; - mettet damptrykk ved samme temperatur, Pa; - maksimal mulig mengde damp i 1 m 3 mettet fuktig luft, kg/m 3 ; - damptetthet ved partialtrykk og temperatur av fuktig luft, kg/m3.

Relasjon (1.2) er kun gyldig når vi kan anta at væskedamp er en ideell gass opp til metningstilstanden.

Tettheten av fuktig luft r er summen av tetthetene av vanndamp og tørr luft ved partialtrykk på 1 m 3 fuktig luft ved temperaturen til den fuktige luften T, TIL:

(1.3)

hvor er tettheten til tørr luft ved partialtrykket på 1 m 3 fuktig luft, kg/m 3 ; - deltrykk av tørr luft, Pa; - gasskonstant for tørr luft, J/(kg×K).

Uttrykke og bruke tilstandsligningen for luft og vanndamp, får vi

, (1.5)

hvor er massestrømmen av luft og vanndamp, kg/s.

Disse likhetene gjelder for samme volum V fuktig luft og samme temperatur. Ved å dele den andre likheten med den første får vi et annet uttrykk for fuktighetsinnholdet

. (1.6)

Ved å erstatte verdiene av gasskonstanter for luft J/(kg × K) og for vanndamp J/(kg × K), får vi verdien av fuktighetsinnhold uttrykt i kilo vanndamp per 1 kg tørr luft

. (1.7)

Erstatte partiallufttrykket med verdien , hvor fra forrige og I– barometrisk lufttrykk i samme enheter som R, får vi for fuktig luft under barometertrykk

. (1.8)

Således, ved et gitt barometertrykk, avhenger fuktighetsinnholdet i luften kun av partialtrykket til vanndamp. Maksimalt mulig fuktighetsinnhold i luften, hvorfra

. (1.9)

Siden metningstrykket øker med temperaturen, avhenger den maksimalt mulige mengden fuktighet som kan inneholdes i luften av temperaturen, og jo høyere temperatur, jo større. Hvis ligningene (1.7) og (1.8) løses for og , får vi

(1.10)

. (1.11)

Volumet av fuktig luft i kubikkmeter per 1 kg tørr luft beregnes ved hjelp av formelen

(1.12)

Spesifikt volum fuktig luft v, m 3 /kg, bestemmes ved å dele volumet av fuktig luft med massen av blandingen per 1 kg tørr luft:

Fuktig luft som kjølevæske er karakterisert ved en entalpi (i kilojoule per 1 kg tørr luft) lik summen av entalpiene av tørr luft og vanndamp

(1.14)

hvor er den spesifikke varmekapasiteten til tørr luft, kJ/(kg×K); t– lufttemperatur, °C; Jeg- entalpi av overopphetet damp, kJ/kg.

Entalpien til 1 kg tørr mettet vanndamp ved lavt trykk bestemmes av den empiriske formelen, kJ/kg:

hvor er en konstant koeffisient omtrent lik entalpien til damp ved en temperatur på 0 °C; = 1,97 kJ/(kg×K) – spesifikk varmekapasitet til damp.

Erstatter verdiene Jeg i uttrykk (1.14) og tar den spesifikke varmekapasiteten til tørr luft konstant og lik 1,0036 kJ/(kg×K), finner vi entalpien til fuktig luft i kilojoule per 1 kg tørr luft:

For å bestemme parametrene til våtgass, brukes ligninger som ligner de som er diskutert ovenfor.

, (1.17)

hvor er gasskonstanten for gassen som studeres; R- gasstrykk.

Gassentalpi, kJ/kg,

hvor er den spesifikke varmekapasiteten til gassen, kJ/(kg×K).

Absolutt fuktighetsinnhold i gass:

. (1.19)

Ved beregning av kontaktvarmevekslere for luft-vann-kjølevæsker kan du bruke dataene i Tabell. 1.1-1.2 eller beregnede avhengigheter for å bestemme de fysisk-kjemiske parameterne for luft (1.24-1.34) og vann (1.35). For røykgasser kan dataene i tabell 1 brukes. 1.3.

Tetthet av våtgass, kg/m3:

, (1.20)

hvor er tettheten av tørr gass ved 0 °C, kg/m3; M g, Mp - molekylmasser av gass og damp.

Dynamisk viskositetskoeffisient for våtgass, Pa×s:

, (1.21)

hvor er koeffisienten for dynamisk viskositet til vanndamp, Pa×s; - koeffisient for dynamisk viskositet for tørr gass, Pa×s; - massekonsentrasjon av damp, kg/kg.

Spesifikk varmekapasitet for våtgass, kJ/(kg×K):

Termisk konduktivitetskoeffisient for våtgass, W/(m×K):

, (1.23)

Hvor k- adiabatisk indeks; I– koeffisient (for monoatomiske gasser I= 2,5; for diatomiske gasser I= 1,9; for triatomiske gasser I = 1,72).

Tabell 1.1. Fysiske egenskaper til tørr luft ( R= 0,101 MPa)

De termofysiske egenskapene til tørr luft kan tilnærmes ved følgende ligninger.

Kinematisk viskositet av tørr luft ved temperaturer fra -20 til +140 °C, m 2 /s:

Pa; (1,24)

og fra 140 til 400 °C, m 2 /s:

. (1.25)

Tabell 1.2. Fysiske egenskaper til vann i metningstilstand

Tetthet av våtgass, kg/m3.

De termofysiske egenskapene til gassformige forbrenningsprodukter, nødvendige for å beregne avhengigheten av ulike parametere av temperaturen til et gitt gassformig medium, kan fastsettes basert på verdiene gitt i tabellen. Spesielt oppnås de angitte avhengighetene for varmekapasiteten i formen:

C psm = a -1/ d,

Hvor en = 1,3615803; b = 7,0065648; c = 0,0053034712; d = 20,761095;

C psm = a + bT sm + cT 2 sm,

Hvor en = 0,94426057; b = 0,00035133267; c = -0,0000000539.

Den første avhengigheten er å foretrekke når det gjelder tilnærmingsnøyaktighet, den andre avhengigheten kan brukes for beregninger med lavere nøyaktighet.

Fysiske parametere for røykgasser
(på P = 0,0981 MPa; R CO2 = 0,13; s H20 = 0,11; R N2 = 0,76)

VEDLEGG 3

(henvisning)

Luft- og røykgjennomtrengelighet av luftkanaler og ventiler

1. For å bestemme lekkasjer eller luftlekkasjer i forhold til ventilasjonskanalene til røykkontrollsystemer, kan følgende formler oppnådd ved å tilnærme tabelldata brukes:

for klasse H luftkanaler (i trykkområdet 0,2 - 1,4 kPa): ΔL = EN(R - b)Med, Hvor ΔL- luftlekkasjer (lekkasje), m 3 /m 2 h; R- trykk, kPa; EN = 10,752331; b = 0,0069397038; Med = 0,66419906;

for klasse P luftkanaler (i trykkområdet 0,2 - 5,0 kPa): hvor a = 0,00913545; b =-3.1647682 · 10 8 ; c =-1,2724412 · 10 9 ; d = 0,68424233.

2. For brannsikkerhet, normalt lukkede ventiler, tilsvarer de numeriske verdiene for de spesifikke egenskapene til motstand mot røyk og gasspenetrering, avhengig av gasstemperaturen, dataene oppnådd under benkebranntester av forskjellige produkter ved eksperimentell base av VNIIPO:

Når drivstoffkarbon brennes i luft i henhold til ligningen (21C+2102 + 79N2=21C02 + 79N2), er det for hvert volum C02 i forbrenningsproduktene 79:21 = 3,76 volumer N2.

Ved brenning av antrasitt, magert kull og andre typer drivstoff med høyt innhold karbon, dannes det forbrenningsprodukter som i sammensetning ligner forbrenningsproduktene av karbon. Ved brenning av hydrogen i henhold til ligningen

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

For hvert volum av H20 er det 79:42 = 1,88 volum nitrogen.

I forbrenningsproduktene av naturlige, flytende gasser og koksgasser, flytende brensler, ved, torv, brunkull, langflamme- og gasskull og andre typer brensel med et betydelig hydrogeninnhold i den brennbare massen, er det en stor mengde vanndamp. dannet, noen ganger overstiger volumet av CO2. Tilstedeværelsen av fuktighet i toppen

Lieve øker naturlig vanndampinnholdet i forbrenningsprodukter.

Produktsammensetning fullstendig forbrenning hovedtypene av drivstoff i et støkiometrisk luftvolum er gitt i tabell. 34. Fra dataene i denne tabellen er det klart at i forbrenningsproduktene til alle typer drivstoff overskrider N2-innholdet betydelig det totale innholdet av C02-f-H20, og i forbrenningsproduktene av karbon er det 79 %.

Forbrenningsproduktene av hydrogen inneholder 65 % N2, mens forbrenningsproduktene av naturlige og flytende gasser, bensin, fyringsolje og andre typer hydrokarbondrivstoff inneholder 70-74 %.

Ris. 5. Volumetrisk varmekapasitet

Forbrenningsprodukter

4 - karbonforbrenningsprodukter

5 - hydrogenforbrenningsprodukter

Den gjennomsnittlige varmekapasiteten til komplette forbrenningsprodukter som ikke inneholder oksygen kan beregnes ved hjelp av formelen

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

Der Сс0г, Csо2, СНа0, CNa er de volumetriske varmekapasitetene til karbondioksid, svoveldioksid, vanndamp og nitrogen, og С02, S02, Н20 og N2 er innholdet av de tilsvarende komponentene i forbrenningsproduktene, % (volum).

I samsvar med dette antar formel (VI. 1) følgende form:

C=0,01.(Cc02/-02 + CHjOH20-bCNi! N2) kcal/(m3°C). (VI.2)

Den gjennomsnittlige volumetriske varmekapasiteten til C02, H20 og N2 i temperaturområdet fra 0 til 2500 °C er gitt i tabell. 36. Kurver som karakteriserer endringen i den gjennomsnittlige volumetriske varmekapasiteten til disse gassene med økende temperatur er vist i fig. 5.

Fra de som er gitt i tabellen. 16 data og kurver vist i fig. 5, er følgende synlig:

1. Den volumetriske varmekapasiteten til CO2 overskrider betydelig varmekapasiteten til H20, som igjen overstiger varmekapasiteten til N2 gjennom hele temperaturområdet fra 0 til 2000 °C.

2. Varmekapasiteten til CO2 øker med økende temperatur raskere enn varmekapasiteten til H20, og varmekapasiteten til H20 raskere enn varmekapasiteten til N2. Til tross for dette avviker imidlertid den veide gjennomsnittlige volumetriske varmekapasiteten til forbrenningsproduktene av karbon og hydrogen i et støkiometrisk luftvolum lite.

Denne situasjonen, noe uventet ved første øyekast, skyldes det faktum at i produktene av fullstendig forbrenning av karbon i luft, for hver kubikkmeter CO2, som har den høyeste volumetriske varmekapasiteten, er det 3,76 m3 N2 med minimum volumetrisk varmekapasitet.

Varmekapasitet, og i forbrenningsproduktene av hydrogen, for hver kubikkmeter vanndamp, hvis volumetriske varmekapasitet er mindre enn CO2, men større enn N2, er det halvparten av mengden nitrogen (1,88 m3) .

Som et resultat jevnes den gjennomsnittlige volumetriske varmekapasiteten til forbrenningsproduktene av karbon og hydrogen i luften ut, som det fremgår av dataene i tabell. 37 og sammenligning av kurvene 4 og 5 i fig. 5. Forskjellen i den veide gjennomsnittlige varmekapasiteten til forbrenningsproduktene av karbon og hydrogen i luften overstiger ikke 2 %. Naturligvis ligger varmekapasiteten til brennstoffforbrenningsprodukter, hovedsakelig bestående av karbon og hydrogen, i et støkiometrisk volum av luft i et smalt område mellom kurvene 4 og 5 (skravert i fig. 5).

Produkter av fullstendig forbrenning av ulike typer; brensel i støkiometrisk luft i temperaturområdet fra 0 til 2100 °C har følgende varmekapasitet, kcal/(m3>°C):

Svingninger i varmekapasiteten til forbrenningsprodukter av ulike typer brensel er relativt små. U fast brensel med høyt fuktighetsinnhold (ved, torv, brunkull, etc.), er varmekapasiteten til forbrenningsprodukter i samme temperaturområde høyere enn for brensel med lavt fuktighetsinnhold (antrasitt, steinkull, fyringsolje, naturgass , etc.) . Dette forklares med det faktum at når drivstoff med høyt fuktighetsinnhold brennes, øker forbrenningsproduktene innholdet av vanndamp, som har høyere varmekapasitet sammenlignet med diatomisk gass - nitrogen.

I tabellen Figur 38 viser den gjennomsnittlige volumetriske varmekapasiteten til komplette forbrenningsprodukter, ikke fortynnet med luft, for ulike temperaturområder.

Tabell 38

En økning i fuktighetsinnholdet i drivstoffet øker varmekapasiteten til forbrenningsprodukter på grunn av en økning i innholdet av vanndamp i dem i samme temperaturområde, sammenlignet med varmekapasiteten til forbrenningsprodukter av drivstoff med lavere fuktighetsinnhold, og samtidig senker forbrenningstemperaturen til drivstoffet på grunn av en økning i volumet av forbrenningsprodukter på grunn av vannpar.

Med økende fuktighetsinnhold i brenselet øker den volumetriske varmekapasiteten til forbrenningsproduktene i et gitt temperaturområde og samtidig synker temperaturområdet fra 0 til £max på grunn av en reduksjon i verdien<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).

Dette gjør det mulig å betydelig forenkle bestemmelsen av kalorimetriske og beregnede forbrenningstemperaturer (i henhold til metoden beskrevet i kapittel VII). Feilen som er tillatt i dette tilfellet overstiger vanligvis ikke 1% eller 20°.

Fra undersøkelse av kurvene 4 og 5 i fig. 5 kan det sees at forholdet mellom varmekapasitetsprodukter ved fullstendig forbrenning av karbon i et støkiometrisk luftvolum i temperaturområdet fra 0 til t°C, for eksempel fra 0 til

200 og fra 0 til 2100 °C er praktisk talt lik forholdet mellom varmekapasitetene til hydrogenforbrenningsprodukter i de samme temperaturområdene. Det angitte forholdet mellom varmekapasiteter C' forblir praktisk talt konstant for produktene av fullstendig forbrenning av forskjellige typer brennstoff i et støkiometrisk luftvolum.

I tabellen 40 viser forholdet mellom varmekapasiteten til produktene ved fullstendig forbrenning av drivstoff med lavt innhold av ballast, som blir til gassformige forbrenningsprodukter (antrasitt, koks, kull, flytende brensel, naturlig, olje, koksovnsgasser, etc.) i temperaturområdet fra 0 til t °C og i temperaturområdet fra 0 til 2100 °C. Siden varmekapasiteten til disse drivstofftypene er nær 2100 °C, er det indikerte forholdet mellom varmekapasitetene C' lik forholdet mellom varmekapasitetene i temperaturområdet fra 0 til t og fra 0 til tm&x-

I tabellen 40 viser også verdiene av verdien C', beregnet for forbrenningsprodukter av drivstoff med høyt innhold av ballast, som blir til gassformige forbrenningsprodukter under forbrenning av drivstoff, dvs. fuktighet i fast brensel, nitrogen og karbondioksid i gassformig brensel. Varmeeffekten til disse typer brensel (ved, torv, brunkull, blandet generator, luft og masovnsgasser) er 1600-1700 °C.

Tabell 40

Som det fremgår av tabellen. 40, er verdiene for C' og K lite forskjellige selv for brennstoffforbrenningsprodukter med forskjellig ballastinnhold og varmeeffekt.