методика расчета тяги, высоты при естественной тяге, диаметра устья
Содержание:
Проектирование любой котельной промышленного или бытового назначения предполагает монтаж одной дымоходной трубы для всего оборудования. Самым важным моментом при составлении проекта являются расчеты аэродинамических параметров дымовой трубы.
Трубная конструкция может быть кирпичной, стеклопластиковой или железобетонной. Сталь для ее изготовления используются только в том случае, если подобный выбор оправдывается технической и экономической выгодой.
Основные параметры дымовой трубы промышленного назначения
Составление проектной документации дымовых труб промышленного назначения сопровождается поэтапным выполнением сложных расчетов.
Вычисление аэродинамических показателей
На этом этапе проектирования определяется минимальные показатели пропускной способности конструкции. Этот параметр должен иметь такое значение, которое позволяет беспрепятственно проходить и удаляться в атмосферу продуктам сгорания топлива при работе котельной с максимальными нагрузками.
Неправильные расчеты пропускной способности могут спровоцировать скопление газов в каком-либо котле или в тракте.
Аэродинамические расчеты дымовой трубы, выполненные на профессиональном уровне, позволяют дать объективную оценку эффективности дутьевой, тяговой системы, перепадам давления в воздушном и газовом тракте.
Результатом проведенных расчетов становятся профессиональной определение оптимальной высоты и диаметра дымовой трубы, а также наиболее выгодные параметры отдельных участков и элементов на газо-воздушном тракте.
Размер конструкции по высоте
Расчет высоты трубы котельной должен быть экологически обоснован. Этот параметр высчитывается на основании данных, которые показывают рассеивание в атмосферных слоях вредных продуктов, образующийся в процессе сгорания топлива. Читайте также: «Какой должна быть дымовая труба котельной – виды, особенности, стандарты и преимущества вариантов».
Выполнение расчетов высоты дымовой трубы при естественной тяге необходимо проводить с соблюдением определенных Санитарных Норм и Правил для предприятий коммерческого и заводского типа. При этом особое внимание уделяется фоновой концентрации вредных выбросов. Читайте также: «Какая высота дымовой трубы нужна над крышей – нормы и правила».
Последний параметр зависит от следующих факторов:
- Метеорологический режим атмосферы в определенном регионе.
- Скорость движения воздушного потока.
- Рельефные особенности местности.
- Температурные значения отводимого газа.
В процессе проектирования конструкции для отвода вредных продуктов сгорания топлива определяются такие показатели:
- Оптимальный размер трубы по высоте.
- Максимальное допустимое значение объема вредных выбросов в атмосферный слой.
Показатели прочности и устойчивости трубы
Конструкция трубы также определяется соответствующими расчетами, которые предусматривают комплексное вычисление оптимальной устойчивости и прочности конструкции.
Эти расчеты необходимо проводить для того, чтобы определить способность дымовой трубы противостоять воздействию следующих факторов:
- Сейсмическая активность.
- Поведение почвы.
- Нагрузки от ветра и снега.
Во внимание принимаются и другие функциональные особенности трубы:
- Масса конструкции.
- Колебание оборудования динамического характера.
- Расширение под воздействием определенной температуры.
Определение прочностных характеристик позволяют сделать правильный выбор конструкции и формы дымовой трубы. В соответствии с поведенными вычислениями выполняют расчет основания под возводимое сооружение: определяется его конструкция, величина заглубления и площадь подошвы.
Тепловые расчеты
Теплотехнические расчеты проводятся с определенной целью:
- Определить показатели расширения исходного материала под воздействием определенной температуры.
- Установить температуру наружной оболочки.
- Выбрать тип и толщину утеплительного материала.
Расчет размеров бытовой дымовой трубы
Важный параметр бытового устройства для отвода вредных продуктов сгорания топлива – это диаметр устья дымовой трубы, то есть размер ее верхней части. Для определения значений этого показателя не нужно выполнять сложных расчетов, достаточно учесть некоторые данные и выполнить расчеты по несложной схеме.
При известном количестве сжигаемого топлива по специальной формуле можно определить объем входящих в трубу газов.
Зная, с какой скоростью газы передвигаются по трубе, можно вычислить площадь ее сечения. А воспользовавшись формулой определения площади круга, не сложно найти наружный диаметр трубы.
Основное значение имеет мощность котла, другими словами, какое количество топлива может сгорать за час в определенном устройстве. Такие данные обязательно указывает производитель в паспорте оборудования.
Другие данные для бытовых конструкций, необходимые для выполнения расчетов, имеют примерно одинаковое значение:
- Температурные показатели входящих в трубу газов – 150-2000С.
- Скорость движения газов по дымоходу – 2 м/с и более.
- Размер по высоте дымовой трубы на бытовой котельной должен быть не менее 5 метров от колосника. Эта величина контролируется Санитарными Нормами и Правилами.
- Естественный напор отводимого газа – не менее 4 Па на 1 метр.
В некоторых случаях возникает необходимость произведение расчета тяги дымовой трубы. Эта величина определяется произведением высоты сооружения на разность между плотностью воздуха и аналогичным параметром дымового газа.
Зная количество сжигаемого топлива, рассчитывается мощность котла или другого оборудования.
Принимая во внимание определенное значение теплового коэффициента, высчитывают тепловые потери трубы на 1 метр.
На основании постоянных значений и полученных результатов вычисляют значение естественного напора выходящего газа.
Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод, что методика расчета дымовой трубы и бытового, и промышленного назначения позволяет определить важные параметры возводимой конструкции.
Расчет дымовой трубы
Расчет дымовой трубы
Элементарное объяснение явления тяги в котле было дано в предыдущей статье. Если обозначить разность давлений наружного воздуха и горячих газов у корня трубы через Δр, последнее будет равно разности веса двух столбов газа с разными температурами и одинаковой высотой, т. е.
В этой формуле удельный вес воздуха и уходящих газов γв и γг принят при 0° и 760 мм и сделаны пересчеты, учитывая расчетные температуры и принятое барометрическое давление.
Упрощая в дальнейшем уравнение (267) (приравниваем γг = γв=1,3 кг/нм3, ошибка получается ничтожной), получают
Когда шибер открыт и по трубе проходят газы, то на создание выходной скорости, на преодоление сопротивления трения о стенки трубы, а также в связи с охлаждением ствола трубы придется израсходовать часть теоретической тяги, и у основания расчет дымовой трубы будет наблюдаться разрежение меньшее, равное
По табл. 51 можно определить величину теоретической тяги, зная температуру отходящих газов у основания расчет дымовой трубы, а также задаваясь температурой наружного воздуха. Барометрическое давление и влажность воздуха приняты в таблице отвечающими средним условиям b =750 мм рт. ст. и φ = 70%.
Охлаждение газов в трубе, считая на 1 м высоты, может быть подсчитано по следующим эмпирическим формулам:
а) для железных нефутерованных труб
где D — суммарная максимальная паропроизводительность всех котлов, присоединенных к трубе, в т/час.
Определив таким образом ΔТ, можно в формуле (268) заменить Ттр значением (Ттр-ΔТН/2), тогда поправка в формуле (269) на охлаждение трубы исключается.
Обыкновенно в трубах небольшого диаметра скорость по выходе газов из трубы принимается равной 4-6 м/сек, при больших диаметрах (2 м и более) скорость повышается, доходя до 8- 10 м/сек. При дымососах скорость газов по трубе может доходить до 10-15 м/сек, лишь бы обеспечить разрежение в выхлопных газоходах после дымососа во избежание выбивания из них газов.
Площадь выходного сечения трубы подсчитывают, задаваясь скоростями выхода газов:
откуда определяется верхний внутренний диаметр расчет дымовой трубы.
Потеря тяги, связанная с наличием выходной скорости, подсчитывается по формуле
Сопротивление трения определяется по приближенной формуле :
Расчет дымовой трубы для водогрейного котла, так же как и дымосос, рассчитывают на максимальную нагрузку. В отопительно-производственных и модульных котельных максимальная нагрузка совпадает с хорошими условиями тяги (морозные дни). Поэтому, рассчитав трубу по максимальной нагрузке при зимней температуре наружного воздуха, надо произвести поверку для условий летней работы при tв= 20-30°, когда из-за понижений нагрузки будут меньше газовые сопротивления газоходов, но зато и ухудшится тяга.
Для возможности регулирования тяги в дымовой трубе должен создаваться запас тяги; поэтому сумма газовых сопротивлений обычно увеличивается на 20%.
В соответствии с санитарными нормами проектирования промышленных предприятий, утвержденными Советом Министров СССР 6 января 1951 г., высота дымовых труб принимается по табл. 52.
Радиус санитарно-защитных зон в метрах для промышленных котельных с расходом топлива от 3 т/час и более дан в табл. 53.
Рассчитываем параметры дымовой трубы: условия для оптимальной тяги
Виды дымоходов
Особенности устройства современного дымохода
Предназначением дымохода является отведение продуктов горения и дыма от печи или какого-либо другого отопительного устройства за пределы помещения. Тяга в любом бытовом дымоходе образуется естественным образом и не предполагает применения каких-либо дополнительных устройств.
Современные дымовые трубы могут быть изготовлены:
- Из кирпича. Поскольку такая конструкция имеет значительный вес, то для нее необходимо соорудить прочный фундамент.
Совет! Специалисты советуют добавлять известь в состав раствора, применяемого для кирпичной кладки, что позволит избежать образования конденсата, губительно воздействующего на стенки здания.
Дымовая труба, выложенная из кирпича
- Из сэндвич-труб, которые изготавливаются из двух слоев металла с утеплителем, проложенным между них. В качестве материала для изготовления таких труб чаще всего применяется нержавеющая сталь. Утеплителем же в большинстве случаев выступает базальт.
- Из полимерных материалов. Такие трубы не следует подвергать воздействию излишне высоких температур, потому использовать такие дымоходы можно для газовых колонок и котельных небольшого размера. При этом, полимерные трубы очень прочны, просты в установке и отличаются невысокой ценой.
- Из керамики. Таким трубам свойственна высокая прочность, но и стоят они немало. Потому чаще всего их используют для обустройства дымоходов промышленного типа. Ввиду своего значительного веса, такие конструкции, как и кирпичные, требуют закладки фундамента.
Советуем подробнее изучить информацию про коаксиальный дымоход для газового котла.
Внешняя керамическая дымоходная труба блочного типа
Важно! В некоторых ситуациях возможны комбинации материалов, предназначенных для изготовления дымоходов. К примеру, полимерный или металлический дымоход может быть обложен кирпичом.
Как рассчитывается дымовая труба
Для того, чтобы произвести вычисление размеров дымовых труб, необходимо ориентироваться в параметрах отопительного прибора. Основными размерами дымоходов являются диаметр поперечного сечения и высота. Эти данные находятся в сопроводительной документации оборудования.
Рекомендуем изучить материал по сборке вермикулитового дымохода своими руками на нашем сайте.
Как рассчитать высоту
От данного параметра напрямую зависит работоспособность отопительных приборов, потому выполнение расчетов высоты дымовой трубы является очень важным. По документации СНиП минимальной высотой дымохода является 5 метров. Если труба будет меньше данной величины, то в ней не будет возникать необходимой естественной тяги. Однако и чересчур высокий дымоход — это тоже плохо, поскольку в этом случае к снижению тяги будет проводить медленное прохождение дыма по системе и его остывание.
Расчет высоты дымоходной трубы
Серьезный расчет дымовых труб используется в промышленном строительстве. Здесь применяется очень сложная система вычислений. При частном же строительстве требований обычно гораздо меньше, и расчет высоты дымохода предполагает следование таким правилам:
- От основания до самой высокой точки длина должна превышать 5 метров.
- При выходе на плоскую крышу, дымоход должен возвышаться над ней минимум на 50 см.
- Если дымовая труба возводится на скатной крыше с расстоянием более трех метров до крышного конька, то расчет ее высоты осуществляется таким образом: линия, соединяющая конек крыши с дымоходом, и горизонтальная линия конька крыши должны быть расположены друг к другу под углом 10 градусов.
Совет! Настоятельно не рекомендуется располагать дымоход возле мансардных окон и дверей, поскольку в случае сильного ветра это может привести к попаданию искр в здание.
Как рассчитывается сечение дымовой трубы
Основные виды сечений дымовых труб
Для того, чтобы осуществить расчет тяги дымовой трубы, необходимо предварительно определить ее диаметр. Для того, чтобы не осуществлять сложных расчетов, вы можете воспользоваться следующими рекомендациями специалистов:
- Если мощность обогревательного оборудования не превышает 3,5 кВт, то вам будет вполне достаточно дымохода, размерами 0,14 на 0,14 метра.
- Если отопительный котел имеет мощность в пределах 4-5 кВт, то в таком случае оптимальные размеры дымовой трубы будут составлять 0,14 на 0,2 метра.
- При использовании мощного оборудования с показателями в пределах 5-7 кВт, сечение дымоходной трубы должно составлять минимум 0,14 на 0,27 метра.
Совет! Если вам известна мощность используемого отопительного прибора, то вы можете смело пользоваться рекомендациями специалистов, приведенными выше. Если же мощность неизвестна, то для определения оптимального сечения придется проводить соответствующие расчеты.
Для того, чтобы правильно рассчитать сечение дымовой трубы, вам необходимы следующие данные:
- Количество топлива, сжигаемое в приборе в течение часа. Чаще всего данный параметр можно прочитать в характеристиках оборудования.
- Показатели температуры газа на входе в дымоходную трубу. Данный параметр также можно найти в характеристиках оборудования. Чаще всего он колеблется в пределах 150-200 градусов по Цельсию.
Расчет сечения труб для каминов в зависимости от их высоты
- Высота дымохода.
- Скорость прохождения газа по трубе.
Примечание: По умолчанию данный показатель составляет 2 м/с.
- Показатели естественной тяги. Обычно данный параметр принимается как 4 Па на каждый метр длины дымохода.
Основным параметром в расчете сечения трубы является количество сжигаемого топлива. Осуществляя расчет диаметра дымохода, следует пользоваться следующей формулой: F=(π*d²)/4. Таким образом, чтобы узнать диаметр, выводим на основании данной формулы новую: d²=4*F/π. Используя ее, вы уже сможете определить сечение трубы, необходимое для вашего отопительного оборудования.
Основные показатели горения топлива в зависимости от его вида
Заключение
Для того, чтобы обеспечить правильную работу отопительной системы, необходимо произвести грамотный расчет параметров дымовой трубы. Только в этом случае будет создаваться эффективная естественная тяга. И если в промышленной среде обычно проводятся сложные расчеты, то определить параметры бытового дымохода самостоятельно сможет каждый домашний мастер.
10. Расчет дымовой трубы. Расчет тепловой схемы котельной
Похожие главы из других работ:
Определение выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду
5. Расчёт дымовой трубы
…
Определение конструктивных параметров аппаратов выпарных установок
5.2 Расчет размеров барометрической трубы
Диаметр барометрической трубы dбт: (29) Где с= 985,4 кг/м3 при t2= 54,7°С [2, таб 37], щ = 0,6м/с- скорость воды в трубе [1, стр 132] Высота барометрической трубы Нбт, м: (33) Где В- вакуум в барометрическом конденсаторе, Па…
Проект строительства котельной мощностью 4 МВт
6.4 Сопротивление дымовой трубы
Расчет сопротивления дымовой трубы выполняется аналогично расчету газохода. Скорость движения дымовых газов определим по формуле: = , где — скорость движения дымовых газов…
Проект строительства котельной мощностью 4 МВт
6.5 Самотяга дымовой трубы
Принимаем, что абсолютное давление дымовых газов на выходе из котла равно давлению воздуха за пределами газового тракта…
Проектирование компрессорной станции
2.10.1 Дымовой извещатель
Компрессорная станция должна оснащаться системой пожаротушения. Выбираем «ИП-212-125 (6500R)» (прил.11) — автономный пожарный дымовой оптико-электронный линейный извещатель (датчик)…
Проектирование отопительной котельной для теплоснабжения
5.4 Расчет высоты дымовой трубы
Задаемся скоростью газов на выходе из трубы: . Диаметр трубы: , м (20) . Принимаю диаметр Do = 2,1 м, тогда скорость газов: , м/с (21) . Принимаю параметр A = 160, параметр F = 3. Задаю высоту трубы м, тогда: , (22) ; . , (23) ; , (24)…
Разработка вентиляционной системы для машинного отделения на судне
4. Расчёт вихревой трубы
Расчет вихревой трубы включает определение ее температурных, геометрических и термодинамических характеристик. В качестве исходных для расчета обычно задают следующие данные. Холодопроизводительность, равная суммарному количеству тепла…
Расчет и конструирование парового котла
21. Расчёт дымовой трубы
По газообразным выбросам Минимальная высота трубы , м где А- коэффициент…
Расчет пневматической трубы-сушилки
2. Расчет пневматический трубы-сушилки
2.1 Расчет параметров топочных газов при горении природного газа Исходные данные: Состав природного газа (Шебелинского месторождения) следующий, масс % [2]: В [3] состав газа отличен. СН4 — 93,2; С2Н6 — 4,4; С3Н8 — 0,8; С4Н10 — 0,6; С5Н12 — 0,3; СО2 = 0,1; N2 = 0,8…
Расчет пневматической трубы-сушилки
2.2 Расчет пневматический трубы-сушилки
Исходные данные: Параметры материала: — Материал — сосновая стружка — Размеры частиц — 5х5х30 мм — Производительность по влажному материалу — G1 = 1,2 т/ч = 0…
Расчет пневматической трубы-сушилки
2.8 Расчет диаметра трубы сушилки
Критерий Архимеда: Аr = dэ3 · с tср · с мср · q / м2 tср = (11,79 · 10-3)3 · 0,639 · 9,81 · 580 / (26,48 · 10-6) = 939435 · 9,81 = 9,2 · 10-6 Критерий Рейнольдса для условий витания: Rе вит. = Аr / (18 + 0,61 · Аr0,5) = 9,2 · 106 (18 + 0,61 · (9,2 · 106)0…
Расчет пневматической трубы-сушилки
2.9 Расчет длины трубы-сушилки
Концентрация стружки в сушильном агенте: ? = (G1 + G2) / (L1 + L2)(1 + хср) = (0,33 + 0,296) / (0,426 + 0,447) (1 + 0,07) = 0,67 кг/кг Критерий Рейнольдса Rе вит по скорости газа: w2 = 10,95 м/с Rе вит. = w2 · dэ · с tср / м tср = 10,95 · 11,79 · 10-3 · 0,693 / 26,48 · 10-6 = 3378 В зависимости от значения Rе вит…
Расчет тепловой схемы котельной
10. Расчет дымовой трубы
Для котельной следует иметь одну общую дымовую трубу для всех котлоагрегатов, стоящую отдельно от здания котельной, с возможностью присоединения к ней еще одного-двух котлов. Стальные трубы могут иметь высоту не более 45 м…
Расчет трубчатой печи установки атмосферной перегонки коробковской нефти
6.8 Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы
Цель расчета: определение стандартного диаметра и высоты дымовой трубы. Общее сопротивление всего газового тракта определяется выражением: , где Рр…
Технологический расчет трубчатой печи
2.8 Упрощенный аэродинамический расчет дымовой трубы
Цель расчета: определение стандартного диаметра и высоты дымовой трубы. Общее сопротивление всего газового тракта определяется выражением: , где Рр…
Как правильно рассчитать высоту дымовой трубы?
Печь, дающая тепло, почиталась нашими предками как живое существо со своими причудами и настроением. Треск и гул в трубах, внезапно вспыхнувшие угли, погасший в печи огонь – все это трактовалось как мистические знаки и послания. Сейчас, конечно, более популярны газовые котлы и прочее современное оборудование, но иногда необычные проблемы, возникающие в отопительных системах, возвращают нас к мысли о воздействии нечистой силы. Но, конечно же, решение этих проблем лежит в плоскости физики и математики, а не эзотерики. Если печь очень сложно разжечь по утрам, если дым часто выходит обратно в помещение – дело, возможно, в неправильно рассчитанных параметрах трубы.
Зачем вообще нужна дымовая труба?
Горячий воздух, равно как и любой другой газ, имеет меньшую плотность, чем холодный, а значит, давление в трубе и за ее пределами будет отличаться. Разность давлений приводит к активному движению газов, возникает тяга. Она обеспечивает приток холодного воздуха к печи и быстрое удаление продуктов горения из дымохода. Сила тяги зависит от перепада высот – от точки входа воздуха в печь до точки выхода дыма. Таким образом, назначение дымовой трубы – увеличение естественной тяги и улучшение теплоотдачи печи.
Рассмотрим еще один важный фактор – аэродинамику. Лучший друг естественной тяги – это ветер. Столкнувшись со стенкой трубы, горизонтальный поток воздуха поворачивает наверх, формируя под стенкой зону разрежения воздуха, которая всасывает в себя дым подобно пылесосу. Тяга, в результате, становится интенсивнее и ровнее. Так что, если трубу защищает от ветра какое-либо препятствие – конек крыши, стена более высокого дома, старое дерево – проблемы с печью или котлом неизбежны.
Ищем правильное место для трубы
Во время проектирования дома необходимо позаботиться о том, чтобы расположить дымоход с наветренной стороны дома. Для этого нужно проанализировать направление господствующих ветров. Если же особенности ландшафта или внутренней планировки не позволяют этого сделать, то следует расположить дымоход с подветренной стороны, но как можно ближе к коньку.
Рассчитываем ее высоту
Общая высота
Согласно СП 60.13330.2012, который пришел на смену устаревшему СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» высота дымовых труб, считая от колосниковой решетки до устья, должна составлять не менее 5 м.
Отметим, что под высотой трубы подразумевается перепад высот между выходом из отопительного прибора до верхней кромки трубы (не считая дымника или зонта). Это важно для дымоходов, имеющих наклонные и горизонтальные участки. Общая длина трубы при этом мало влияет на силу тяги.
Высота над поверхностью кровли
Плоские кровли
Вышеупомянутый нормативный документ говорит о том, что дымовая труба должна выступать как минимум на 500 мм над поверхностью плоской кровли. Что касается оптимального значения этого параметра, то здесь следует учесть, например, среднюю высоту снежного покрова в регионе строительства. Труба не должна заноситься снегом ни при каких обстоятельствах, а значит, ее высота должна превышать средний уровень снежного покрова как минимум на 500 мм. Это справочная величина, ее можно легко отыскать. Если же плоская крыша относится к классу эксплуатируемых, то зона выброса продуктов сгорания должна располагаться выше человеческого роста.
Если периметр крыши защищен парапетом, то труба должна возвышаться над ним на 1,0 метр. Если на крыше имеется вентиляционная труба, то дымоход должен быть выше нее на 500 мм или более. При этом между ними должно быть как минимум 5 метров.
Скатные кровли
- Дымовая труба должна выступать не менее чем на 500 мм над коньком скатной кровли, при условии, что она расположена от него на расстоянии менее 1,5 метров.
- Если труба расположена на расстоянии от 1,5 до 3,0 метров до конька, то она не должна быть ниже его.
- Если труба расположена на расстоянии более 3,0 метров от конька, то ее край должен быть не ниже линии, проведенной от конька под углом 10° к горизонту.
Рассмотрим на конкретных примерах
Пример №1. Пусть имеется крыша, угол наклона которой составляет 45°. От конька до оси дымохода – ровно 2 м, а значит, верх трубы должен располагаться вровень с коньком или быть чуть выше. По теореме Пифагора квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов. Гипотенузой в этом случае является участок ската от конька до дымохода.
Искомая высота трубы при этом составит:
2h2 = 22
h = √2
h ≈ 1,41 м.
Пример №2. Усложним ситуацию. Пусть расстояние от конька до оси дымохода составит 5 м. Значит, при расчете высоты следует учесть линию, проведенную от уровня конька под углом 10° к горизонту. Однако, тут все оказывается намного проще. Есть специальная формула, учитывающая эту поправку.
Высота трубы = высота конька – 0,17 • расстояние от конька до оси дымохода
Коэффициент 0,17 в этой формуле – тангенс угла 10°
Умножаем 5 м на 0,17 и получаем 0,85 м. Значит, наша труба должна быть на 85 см ниже конька. Зная высоту конька, найти численное значение очень легко.
Важно: расстояние от устья трубы до поверхности кровельного покрытия должно быть не менее 500 мм!
Зоны ветрового подпора
В зону ветрового подпора входит пространство, защищенное от ветра какой-либо преградой (деревом или соседним зданием). Чтобы определить ее границы необходимо провести от наивысшей точки преграды в сторону дымохода линию под углом 45°. В этой зоне горизонтальные потоки воздуха меняют свое направление, замедляются, завихряются, что негативно влияет на качество тяги. Верх дымохода должен быть выше получившейся условной линии не менее чем на 500 мм.
Важно: если высота трубы превышает 1,5 метра, то необходимо дополнительно закрепить ее на кровле с помощью растяжек.
Для того чтобы найти численное значение высоты трубы, нужно воспользоваться следующей формулой:
T = B/P + 0,5
Где:
T – искомая высота трубы;
B – высота препятствия;
P – расстояние от дымохода до препятствия.
Например, если на расстоянии 7 м от оси дымохода расположено дерево высотой 15 м, то минимальная высота трубы будет равна:
15/7 + 0,5 = 2,64 метра
Прикладная арифметика – веселое и полезное занятие, но не тогда, когда от результатов вычислений зависит жизнь и здоровье людей. Перепроверьте расчеты у специалистов, убедитесь, что монтировать дымоход будут квалифицированные мастера, и тогда вид дымка над трубой будет вызывать лишь радостные ожидания – горячего ужина и теплого вечера!
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И РАСЧЁТ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ
Удаление дымовых тазов из рабочего пространства печи осуществляется за счет естественной тяги или искусственной вентиляции с помощью эксгаустеров и дымососов.
Естественная тяга создается с помощью дымовой трубы, высота и площадь поперечного сечения которой зависит от количества выбрасываемых газов и потерь давления при прохождении газов из печи через систему дымовых каналов
Действительные разряжения hg , создаваемые трубой, количественно должно быть больше рассчитанной потери давления на 20-30% на случай дальнейшей форсировки печи или увеличения сопротивления дымового тракта вследствие заноса дымовых каналов пылью.
В связи с этим действительное разряжение
(25)
В соответствии с этим высоту дымовой трубы определяют по формуле (26)
,м (26)
где — коэффициент местного сопротивления на выходе дымовых газов из трубы в атмосферу, в расчете принимается =1,06;
W— приведенная скорость дымовых газов на выходе из
трубы в атмосферу, м/с;
— приведенные плотности соответственно дымовых газов и воздуха, кг/м2;
ty— температура дымовых газов в устье, °С;
td — средняя по высоте трубы температура дымовых газов, °С;
Dy — внутренний диаметр устья трубы, м., которая зависит от местных климатических условий.
Внутренний диаметр устья выбирают, задаваясь скоростью при выходе W= 2 ÷ 4м/с. Однако, из соображений удобства кладки, внутренний диаметр устья делают не менее 800 мм.
Внутренний диаметр основания трубы Dос определяется из условий устойчивости трубы по формуле
(28)
При этом наружный уклон конического ствола делают от 0,01 до 0,03.
После этого проводят уточненный расчет высоты дымовой трубы, и если расхождение рассчитанного значения ориентировочным значением не превышает ± 5%, то расчет считается законченным. В противном случае расчет повторяют, задаваясь другим, более близким значением высоты трубы Н’.
При расчете высоты трубы необходимо учесть и санитарно-гигиенические требования, предъявляемые при проектировании промышленных предприятий : минимальная высота трубы должна быть не менее 16 м.
При расположении трубы ближе, чем на 100 м от зданий, высота ее должна быть на 5 м выше колена крыши здания.
Высота дымовой трубы, через которую эвакуируются дымовые газы от печей мощностью до 120 МВт, должна быть не менее 30 м, а при тепловой мощности печей 120-420 МВт — не менее 45 м.
Если в радиусе 200 м от дымовой трубы расположены здания высотой 15 м и выше, высота ее, независимо от тепловой мощности, должна быть не менее 45 м.
При повышенном содержании в дымовых газах сернистых, фтористых, мышьяковистых и других вредных для живых организмов веществ, высота дымовой трубы должна быть не менее 100 м.
Узнать еще:
Расчёт систем с естественной тягой
Работа печных труб и вентиляционных систем зданий, удаляющих дым и несвежий воздух из помещений, основана на естественной тяге Dpе — разности приведённых полных давлений внутри и снаружи, Па.
Естественная тяга Dpе (Па) находится по формуле
Dpe = gh(rн – rв),
где h — высота печной (дымовой) трубы или вентиляционной шахты;
rн — плотность наружного (холодного) воздуха;
rв — плотность внутреннего (тёплого) воздуха.
Рассмотрим пример расчёта топки (рис. 28). При горении топлива в топке тяга дымовой трубы способствует удалению газов. Тяга возникает из-за разности температур: горячего воздуха внутри топки tв° и холодного —снаружи tн°. Разные температуры соответствуют разным плотностям воздуха rв и rн. Из-за небольших скоростей v в таких системах динамическое давление pд = rv2/2 не учитывается. Тогда, подставляя в уравнение Бернулли для газа приведённые полные давления для точек А и В, придём к формуле естественной тяги (см. выше) и определим Dpе.
Следующим шагом расчёта является нахождение общих потерь давления Dpпот (см. с. 44) и сравнение их с величиной тяги Dpе. Если достигнуто равенство
Dpе = 1,1Dpпот ,
то расчёт закончен, система будет работать нормально — удалять дым.
Если равенство не соблюдается, то нужно конструктивными мероприятиями изменить или тягу, или потери. Например, тягу можно увеличить двумя способами:
—сделать выше трубу;
—увеличить разницу температур (что не всегда возможно).
Потери давления будут меньше, если будет:
—больше проходное сечение трубы;
—короче путь прохождения удаляемых газов;
—меньше поворотов и других местных сопротивлений;
—меньше шероховатость стенок каналов.
Системы естественной вентиляции в зданиях по удалению несвежего воздуха из помещений работают и рассчитываются точно по таким же принципам.
Расчёт систем с естественной циркуляцией
На рис. 29 схематично изображена система водяного отопления — это типичная система с естественной циркуляцией. Стрелками показан круговорот воды. За счёт чего же она «крутится»?
При нагревании воды в водогрейном котле она становится горячей и приобретает плотность rг, отличную от плотности холодной воды rх. Для расчёта таких систем упрощённо принимают, что температура и плотность резко изменяются только в центре нагревания (котле) и центре охлаждения (отопительном приборе — радиаторе). Возникает естественное давление Dpе — так принято называть разность приведённых полных давлений в котле и радиаторе, Па. Оно и приводит в движение воду в таких системах, гоняя её по замкнутому кругу, — это называется естественной циркуляцией.
Формула для естественного давления Dpе выводится, как и в предыдущем примере с топкой, с помощью уравнения Бернулли для газа:
Dpe = gh(rх – rг),
где h — расстояние по высоте между центром нагревания и охлаждения.
После вычисления Dpe рассчитывают общие потери давления Dpпот при движении воды по трубопроводам циркуляционного кольца от точки В к А (см. рис. 29) с использованием формулы Вейсбаха (см. с. 44).
Если соблюдается равенство
Dpе = 1,1Dpпот,
то расчёт закончен, система будет работать нормально — обогревать помещение. Если же равенство не соблюдается, то необходимо корректировать или естественое давление, или потери. Как этого добиться — подумайте сами (по аналогии с топкой — см. с. 46).
Воздушный поток и скорость из-за естественной тяги
Разница температур между наружным и внутренним воздухом создает «естественную тягу», заставляя воздух проходить через здание.
Направление воздушного потока зависит от температуры наружного и внутреннего воздуха. Если температура внутреннего воздуха выше, чем температура наружного воздуха, плотность внутреннего воздуха меньше плотности наружного воздуха, и внутренний воздух будет течь вверх и выходить из верхних частей здания.Более холодный наружный воздух будет поступать в нижние части здания.
Если температура наружного воздуха выше, чем температура внутреннего воздуха — внутренний воздух более плотный, чем наружный воздух — и воздух стекает внутрь здания. Более теплый наружный воздух поступает в верхние части здания.
Напор естественной тяги
Напор естественной тяги можно рассчитать как
dh ммh3O = 1000 h (ρ o — ρ r ) / ρ h3o (1)
где
dh ммh3O = напор в миллиметрах водяного столба (мм H 2 O)
ρ o = плотность наружного воздуха (кг / м 3) )
ρ r = плотность внутри воздуха (кг / м 3 )
ρ h3o = плотность воды (обычно 1000 кг / м 3 )
h = высота между выпускным и впускным воздухом (м)
Давление естественной тяги
Уравнение (1) может быть изменено на SI единицы давления:
dp = g ( ρ o — ρ r ) h (1b)
, где
d p = давление (Па, Н / м 2 )
g = ускорение свободного падения — 9.81 (м / с 2 )
Плотность и температура
При плотности воздуха 1,293 кг / м 3 при 0 o C — плотность воздуха при любой температура может быть выражена как
ρ = (1,293 кг / м 3 ) (273 K) / (273 K + t) (2)
или
ρ = 353 / (273 + t) (2b)
где
ρ = плотность воздуха (кг / м 3 )
т = фактическая температура ( o C)
Уравнение (1) , приведенное выше, можно легко изменить, заменив плотности уравнением (2) .
Калькулятор давления естественной тяги
Калькулятор, представленный ниже, можно использовать для расчета давления естественной тяги, создаваемого разницей внутренней и внешней температуры.
Основные и незначительные потери в системе
Сила естественной тяги будет уравновешена с большими и незначительными потерями в каналах, входах и выходах. Основные и второстепенные потери в системе могут быть выражены как
dp = λ (l / d h ) ( ρ r v 2 /2) + Σξ 1/2 ρ r v 2 (3)
где
dp = потеря давления (Па, Н / м 2 , фунт f / фут 2 )
λ = коэффициент трения Дарси-Вайсбаха
л = длина воздуховода или трубы (м, футы)
d h = гидравлический диаметр (м, фут)
Σ ξ = коэффициент малых потерь (обобщенный)
Воздушный поток и скорость воздуха
Equatio n (1) и (3) можно комбинировать для выражения скорости воздуха в воздуховоде
v = [(2 г ( ρ o — ρ r ) h) / ( λ l ρ r / d h + Σ ξ ρ r )] 1/2 (4)
Уравнение (4) также можно изменить, чтобы выразить объем воздушного потока через воздуховод
q = π d h 2 /4 [(2 g ( ρ o — ρ r ) h) / ( λ l ρ r / d h + Σ ξ ρ r )] 1 / 2 (5) 9009 0
, где
q = объем воздуха (м 3 / с)
Калькулятор расхода и скорости естественной тяги
Калькулятор ниже можно использовать для расчета объема и скорости воздушного потока в воздуховод, аналогичный изображенному на рисунке выше.Используемый коэффициент трения составляет 0,019 , что подходит для каналов из стандартной оцинкованной стали.
Пример — естественная тяга
Рассчитайте воздушный поток, вызванный естественной тягой в обычном двухэтажном семейном доме. Высота столба горячего воздуха от первого этажа до выходного воздуховода над крышей составляет примерно 8 м . Наружная температура составляет -10 o C , а внутренняя температура составляет 20 o C .
Воздуховод диаметром 0.2 м идет от 1. этажа до розетки над крышей. Длина воздуховода 3,5 м . Утечки воздуха через здание не принимаются во внимание. Меньшие коэффициенты суммируются до 1.
Плотность наружного воздуха можно рассчитать как
ρ o = (1,293 кг / м 3 ) (273 K) / ((273 K) / (273 K). K) + (-10 o C))
= 1,342 кг / м 3
Плотность внутреннего воздуха может быть рассчитана как
ρ r = (1.293 кг / м 3 ) (273 K) / ((273 K) + (20 o C))
= 1,205 кг / м 3
Скорость в воздуховоде может быть рассчитывается как
v = [(2 (9,81 м / с 2 ) ((1,342 кг / м 3 ) — (1,205 кг / м 3 )) (8 м)) / ( 0,019 (3,5 м) (1,205 кг / м 3 ) / (0,2 м) + 1 (1,205 кг / м 3 ) )] 1/2
= 3.7 м / с
Расход воздуха можно рассчитать как
q = (3,7 м / с) 3,14 (0,2 м) 2 /4
= 0,12 м 3 / с
Примечание!
, что эти уравнения можно использовать для сухого воздуха, а не для расчетов массового расхода и потерь энергии, когда влажность воздуха может иметь огромное влияние.
Таблица естественной тяги — единицы СИ и британские единицы
Естественная тяга и дымоход | Electrical4U
Тяга — это разница давлений, которая вызывает поток воздуха или газов из одной точки в другую в системе котла.Тяга требуется в котельной системе в основном по двум причинам.
- Для подачи воздуха, достаточного для завершения сгорания.
- Для удаления дымовых газов из системы после сгорания и теплообмена.
Существует два типа тяги, применяемой к котельной системе.
- Естественная тяга
- Принудительная тяга
В этой статье мы поговорим о естественной осадке . Естественная тяга всегда предпочтительнее, поскольку она не требует каких-либо эксплуатационных затрат, хотя и имеет большую начальную стоимость.Естественная тяга обеспечивает естественную циркуляцию воздуха в котельной системе. Естественная тяга в основном зависит от высоты дымохода.
Пытаемся рассчитать необходимую высоту дымохода для необходимой естественной тяги для котельной системы. Для этого мы должны пройти через два основных уравнения газового давления. Уравнения:
Где «P» — давление воздуха или газа, «ρ» — плотность воздуха или газа, «g» — гравитационная постоянная, а «h» — высота головы.
Здесь «V» — это объем воздуха или газа, «m» — масса газа или воздуха, «T» — температура, измеренная по шкале Кельвина, а «R» — газовая постоянная.
Уравнение (2) можно переписать как
В процессе горения в печи в основном углерод вступает в реакцию с кислородом (O 2 ) воздуха и образует диоксид углерода (CO 2 ). Объем твердого углерода по сравнению с воздухом, необходимым для реакции, ничтожно мал. Из-за этого мы можем считать, что объем воздуха, необходимый для горения, в точности равен объему дымовых газов, образовавшихся после горения, если предположить, что температура до и после горения одинакова.Но на самом деле это не так. После сгорания воздухозаборники в камере сгорания приобретут дополнительный объем из-за температуры сгорания. Полученный объем воздуха будет эквивалентен объему дымовых газов, образовавшихся после сгорания.
Предположим, ρ o — это плотность воздуха при 0 o C или 273 K, и скажем, это T o
Здесь P — давление воздуха при 0 o C. или 273 K, то есть при T o K.
Если оставить давление P постоянным, соотношение между плотностью и температурой воздуха или газов можно записать как,
Где, ρ a и ρ г, — плотность воздуха при температуре Т , а и Т г, К соответственно.
Из уравнений (1) и (5) мы можем записать выражение давления в точке «а» за пределами дымохода, как
Объем воздуха при температуре T г будет
. предположим, что для сжигания 1 кг углерода требуется m кг воздуха, тогда плотность дымового газа будет
Давление дымового газа внутри дымовой трубы из уравнений (1) и (8) будет
перепад давления между внешней и внутренней частью дымохода из уравнения 96) и (9) будет
Здесь «h» — это минимальная высота дымохода, которая должна быть построена для тяги ΔP.Из-за разницы давлений дымовой газ будет течь вверх через дымоход. Таким образом, рассчитав этот перепад давления, можно легко рассчитать приблизительную высоту дымохода, который нужно построить. Перепад давления можно представить в виде формулы для расчета высоты дымохода при естественной тяге .
Как рассчитать тягу в дымоходе? — Mvorganizing.org
Как рассчитать тягу в дымоходе?
Тяга в дымоходе Перепад давления или тяга в дымоходе может быть выражена как: dpch = h (ρo — ρi) g (1) где dpch = тяга под давлением в дымоходе (Па) h = высота дымохода (м) ρo = плотность снаружи воздух (кг / м3) ρi = плотность внутреннего воздуха (кг / м3) g = 9.81 — ускорение свободного падения (м / с2) (1) альтернативно может быть…
Как рассчитать естественную осадку?
Таким образом, естественная тяга создается за счет теплового КПД. Затем дополнительное тепло уносится дымовыми газами из-за более высокой температуры, необходимой для создания естественной тяги = Cp (T � T2) на 1 кг дымовых газов.
Что такое естественная тяга в дымоходе?
Natural Draft — это тепловая тяга. Это происходит при расширении нагретых газов. Поскольку горячие газы сгорания весят меньше на единицу объема, чем воздух в помещении или наружный воздух, они имеют тенденцию подниматься.Подъем сдерживается и увеличивается за счет помещения газов в высокую трубу.
Что такое естественная тяга или тяга дымохода?
Естественная тяга обеспечивает естественную циркуляцию воздуха в котельной системе. Естественная тяга в основном зависит от высоты дымохода. Здесь «V» — это объем воздуха или газа, «m» — масса газа или воздуха, «T» — температура, измеренная по шкале Кельвина, а «R» — газовая постоянная.
В чем недостатки естественной тяги?
Недостатки естественной тяги Дымовые газы должны отводиться при высокой температуре, так как тяга увеличивается с увеличением температуры дымовых газов.3. Невозможно отобрать тепло из дымовых газов для экономайзера, пароперегревателя, подогревателя воздуха и т. Д.
В чем главный недостаток естественной тяги?
Пояснение: Единственным недостатком естественной тяги является то, что имеющаяся тяга уменьшается с увеличением наружной температуры. Пояснение: Естественная тяга в парогенераторе зависит от состояния воздуха за пределами дымохода и температуры выхлопных газов.
Каковы ограничения тяги в дымоходе?
ОГРАНИЧЕНИЯ: (1) Максимальное давление, доступное для создания естественной тяги в дымоходе, едва ли составляет 10-20 мм водяного столба при нормальной температуре воздуха и дымовых газов.Тяга — это перепад давления, который вызывает поток воздуха или газов из одной точки в другую в системе котла.
Что такое система естественной тяги?
В системес естественной тягой используется высокий дымоход, как показано на рисунке. Дымоход представляет собой вертикальную трубчатую кладку или железобетонную конструкцию. Он сконструирован для ограждения колонны выхлопных газов для создания тяги. Он выпускает газы достаточно высоко, чтобы предотвратить загрязнение воздуха.
В чем разница между принудительной и принудительной тягой?
Вентиляторы с принудительной тягой фокусируют давление и объем на выходе вентилятора, чтобы протолкнуть воздух через систему, создавая положительное давление воздуха.Промышленные вытяжные вентиляторы работают, фокусируя давление и объем на входе вентилятора, чтобы втягивать воздух через систему.
Какое оборудование необходимо для Драфта?
Пояснение: В системе принудительной тяги возле котла установлен нагнетатель воздуха, который дует в топку. Давление воздуха на всем его пути выше атмосферного. Эта система также использует дымоход для отвода горячих дымовых газов в атмосферу.
Что такое черновик Какие бывают типы черновиков?
Тяга возникает в результате подъема дымовых газов в дымовой трубе, дымоходе или механическими средствами.Например, воздуходувки можно разделить на четыре категории: естественные, индуцированные, сбалансированные и принудительные. Естественная тяга: поток воздуха или дымовых газов из-за разницы в плотности горячих дымовых газов и более холодных окружающих газов.
Что вы подразумеваете под Призывом и также засекречено?
Осадка определяется как разница между абсолютным давлением газа в любой точке газового канала и атмосферным давлением окружающей среды (на той же высоте).
Каковы цели черновика?
Какова цель проекта? Подавать в топку необходимое количество воздуха для сжигания топлива.Количество топлива, которое можно сжечь на квадратный фут решетки, зависит от количества воздуха, циркулирующего через топливный слой. Для удаления газообразных продуктов сгорания.
Где обычно используется пароструйная тяга?
Механическая тяга используется на центральных электростанциях, а пароструйная тяга — в небольших установках, таких как локомотивы. При вытяжке пароструйной вытяжки отработанный пар из котла вводится струей пара в дымовую камеру, откуда он сбрасывается в дымовую трубу.
Что вы подразумеваете под пароструйной тягой?
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ Тяга котла может быть определена как небольшая разница между давлением наружного воздуха и газов в топке или дымоходе на уровне решетки, которая вызывает прохождение потока воздуха / горячих дымовых газов через котел.
Что вы понимаете под паровой тягой?
Пароструйная тяга — это прямая форма тяговой системы в котле. В пароструйной тяговой системе небольшая часть образующегося пара выходит через сопло, а кинетическая энергия струи высокоскоростного пара увлекает воздух или дымовые газы в систему котла.
Что такое механическая система тяги?
В механической тяговой системе движение воздуха происходит за счет работы вентилятора. В этой системе вытяжки давление воздуха во всей системе выше атмосферного, и воздух принудительно проходит через систему (печь, экономайзер, подогреватель воздуха и дымоход).
Каковы преимущества механической тяги?
Преимущества искусственной или механической тяги Увеличивает скорость сгорания, при которой также можно использовать низкосортное топливо.Это снижает уровень дыма и увеличивает коэффициент теплопередачи на стороне отсутствия дымовых газов, что увеличивает тепловой КПД котла.
Что подразумевается под системой черновика?
Тяга — одна из важнейших систем тепловой электростанции, которая подает необходимое количество воздуха для горения и выводит из системы продукты сгорания. Тягу можно получить, используя дымоход, вентилятор, паровую или воздушную струю или их комбинацию.
| 1) Перепад давления — основной механизм тяги. Дымовые газы внутри дымоходов горячее, чем окружающий наружный воздух, и, следовательно, менее плотные и легкие, чем окружающий воздух. Столб теплого воздуха внутри дымохода, будучи более плавучим, поднимается в дымоходе, снижая давление на дне дымохода, так что окружающий воздух попадает в зону горения и перемещает дымовые газы вверх и из дымохода. Это движение или поток воздуха для горения и дымовых газов называется «естественная тяга», «естественная вентиляция», «эффект дымохода» или «эффект дымовой трубы».Чем выше штабель, тем больше сквозняк. Приведенное ниже уравнение дает приблизительное значение перепада давления ΔP (между нижней и верхней частью дымовой трубы), создаваемого вытяжкой: куда:
С = 0,0342 a = атмосферное давление, Па h = высота дымохода, м To = абсолютная температура наружного воздуха, К Ti = средняя абсолютная температура дымовых газов, К Для нас важно отметить, что тяга прямо пропорциональна высоте дымохода, температуре дымовых газов и атмосферному давлению. Дымоход высотой в двадцать футов создает перепад давления, вдвое больший, чем десятифутовый дымоход. Дымоход на уровне моря, где a = 14,7 фунтов на кв. Фут. имеет почти в полтора раза больший перепад давления, чем равный дымоход на высоте 10 000 футов, где a — 10 фунтов на кв.фут. 2) Пропускная способность — получение достаточной тяги. куда:
A = площадь сечения дымохода, м² C = коэффициент расхода (обычно от 0,65 до 0,70) g = ускорение свободного падения на уровне моря, 9.807 м / с² H = высота дымохода, м Ti = средняя абсолютная температура дымовых газов в дымовой трубе, К To = абсолютная температура наружного воздуха, К 3) Дымоход по отношению к дому. В доме важен перепад давления между воздухом в нижней части дымохода по сравнению с давлением на том же уровне внутри дома. Если дом выше дымохода, в нем будет тяга лучше, чем в дымоходе, и наружный воздух будет стекать по дымоходу в дом. Если какой-либо прибор, например, кухонный вентилятор, включен, это может снизить давление воздуха в помещении и вызвать нисходящий поток, даже если дымоход достаточно высокий. Поток тоже имеет значение. В плотно закрытом доме, где не работают вентиляторы, нет протечек или открытых окон, может не быть чрезмерно отрицательного давления воздуха в помещении, но также должна быть достаточная скорость потока (Q) для горения и уноса дыма в камине. Влияние высоты Высота не влияет на скорость потока, в отличие от размера дымохода. Практический совет обычно заключается в том, чтобы увеличивать площадь дымохода на больших высотах, но, если вы хотите компенсировать пониженный перепад давления, высоту дымохода следует увеличить. В наших рекомендациях по дымчатому камину мы рекомендуем при нормальных условиях жизни (печь, ванна, кухонные вентиляторы с открытыми или закрытыми окнами и т. Д.) В холодном дымоходе должен быть восходящий поток, а в камине не должно быть огня.Это проверка перепада давления. Мы также рекомендуем, чтобы в дом поступало достаточное количество наружного воздуха, чтобы компенсировать весь воздух, выходящий наружу или выпускаемый всеми приборами и вентиляторами, которые могут быть включены — и достаточно для камина — не менее одного кубического фута в минуту ( CFM) на каждый квадратный дюйм площади дымохода. Это необходимо для проверки адекватного потока. На практике мы рекомендуем не регулировать высоту, потому что действительно важна тяга в дымоходе по сравнению с давлением воздуха в помещении.Так же, как на уровне моря, если дымоход втягивается в холодную погоду при моделировании одного кубического метра на кв. Дюйм. площади дымохода с вентилятором, камин будет работать на любой высоте. Но на высоте, если у вас есть проблемы с получением перепада давления (восходящий поток), вы можете увеличить высоту дымохода, а если вы не можете получить достаточный поток, вы можете использовать дымоход большего размера. Статьи по теме |
Моделирование естественной тяги для измерений на испытательном стенде
Описанная модель сочетает в себе все необходимые допущения в области теплопередачи, механики жидкости и экспериментальной установки, что позволяет моделировать в реальном времени с хорошим соответствием между моделированием и реальностью, поскольку будет показано в этой статье.
Основная особенность модели заключается в том, что это чисто физическое моделирование. Это означает, что он не требует каких-либо регулировочных коэффициентов или калибровки, если пользователь знает основные данные своего места измерения (например, геометрию дымохода и изоляции, данные о материалах, комнатную и внешнюю температуру). Еще одно преимущество — небольшое количество датчиков и экономичные компоненты для технической реализации.
По сути, это одномерное прямое моделирование, что означает, что текущий результат всегда зависит от всех событий в прошлом с момента запуска моделирования.Соответственно, моделирование нельзя запускать или останавливать произвольно.
Испытательный стенд
Для разработки и проверки кода моделирования использовалась следующая экспериментальная установка дымовой трубы с естественной тягой, которая схематично показана на рис. 1, для записи данных. Дымоход состоит из 3-х секций, имеет общую высоту 4,75 м и подсоединяется непосредственно к верхнему выходу печи. В секциях 1 и 2 дымохода установлены необходимые датчики для измерения и моделирования.
Рис. 1Схематическое изображение испытательной трубы; MP — точка измерения
Конструкция из трех частей была необходима, потому что диаметр выхода из печи, измерительной части и дымохода на крыше различен. В таблице 1 приведены данные по трем разделам соответственно. Все секции изготовлены из труб из нержавеющей стали толщиной 0,6 мм. Секции 1 и 2 были впоследствии изолированы изоляцией из минеральной ваты толщиной 30 мм; Секция 3 состоит из двустенной дымоходной трубы с интегрированной изоляцией также 30 мм.К высоте секции 2 была добавлена высота пересечений труб.
Таблица 1 Технические данные испытательной дымовой трубыДля регистрации скорости ветра анемометр был установлен в верхней части дымохода сбоку на расстоянии приблизительно 50 см.
Испытательная установка имеет 2 точки измерения (МП), на которых установлены необходимые датчики для сбора данных измерений. В точке измерения 1 регистрируется температура дымовых газов на входе для моделирования и тяга.В точке измерения 2 с помощью зонда Прандтля измеряется перепад давления и температура дымовых газов для определения объемного расхода. Они записываются каждую секунду и используются при моделировании. В таблице 2 показаны все записанные параметры. Остальные параметры записываются вручную перед началом испытания, а затем предполагается, что они находятся в установившемся состоянии во время моделирования.
Таблица 2 Используемые датчики и точки измерения; автоматически регистрируемые значения измеряются непрерывно.Система сбора данных состоит из модуля USB-6008 от National Instruments для записи аналоговых сигналов от датчиков давления и модуля USB-4718 от Advantech для регистрации температуры.Программирование сбора и моделирования измеренных значений выполнялось в LabView.
Модель для имитации естественной тяги
Как показано ниже, естественная тяга в основном основана на разнице плотностей флюидов, которая создает плавучесть и создает поток. Различия в плотности могут быть вызваны различиями в влажности, температуре или составе жидкости. В случае естественной тяги в топке, разница температур между наружным воздухом и горячим дымовым газом является основной силой.Ветер и трение дымовых газов в дымоходе также влияют на естественную тягу.
Эта основная взаимосвязь проиллюстрирована в формуле. 1 и частично основан на статике жидкости и гидродинамике. Естественная тяга p d состоит из составляющих давления плавучести p b и ветра p w вместе. Трение протекающего дымового газа в дымоходе создает потерю давления p λ .Значение описывает разницу между статическим давлением в дымоходе и статической атмосферой в помещении.
$$ {\ mathrm {p}} _ {\ mathrm {d}} = — {\ mathrm {p}} _ {\ mathrm {b}} — {\ mathrm {p}} _ {\ mathrm {w} } + {\ mathrm {p}} _ {\ uplambda} $$
(1)
Поскольку модель дымохода имеет модульную конструкцию, расчет также выполняется по частям, как показано в формуле. 2. Текущая температура дымовых газов передается на каждой границе секции.{\ mathrm {n}} \ \ left ({\ mathrm {p}} _ {\ uplambda, \ mathrm {j}} — {\ mathrm {p}} _ {\ mathrm {b}, \ mathrm {j} } \ right) $$
(2)
Плавучесть
Согласно статике жидкости и принципам Архимеда, сила плавучести зависит от разницы плотности, объема и силы тяжести [9]. Компонент давления плавучести может быть рассчитан путем деления результирующей выталкивающей силы жидкости в дымоходе на площадь основания. Соответственно, осадка зависит от разницы в высоте и плотности жидкостей.Это показано в формуле. 3.
$$ {\ mathrm {p}} _ {\ mathrm {b}} = \ mathrm {g} \ times \ mathrm {h} \ times \ left ({\ uprho} _ {\ mathrm {air}, \ mathrm {o}} — {\ uprho} _ {\ mathrm {flue}, \ mathrm {av}} \ right) $$
(3)
Плотность дымового газа и наружного воздуха рассчитывается с использованием закона идеального газа [10, 11] в соответствии с формулой. 4. Из-за расположения испытательного полигона (Лейпциг, Германия) давление устанавливается в первом приближении как нормальное давление с помощью 101.325 кПа. После оценки и измерений реальных процессов горения для дымовых газов предполагается постоянная средняя молярная масса 29,559 г / моль.
$$ \ uprho = \ left (\ mathrm {p} \ times \ mathrm {M} \ right) / \ left ({\ mathrm {R}} _ {\ mathrm {m}} \ times \ mathrm {T} \ справа) $$
(4)
Для расчета средней температуры дымовых газов в секции дымохода необходимо учитывать множество факторов, многие из которых имеют взаимное влияние.Эти влияния включают, например, скорость потока дымовых газов, температуру дымохода или внешние условия, такие как температура и скорость ветра. Из-за этих многочисленных влияний был выбран неявный метод расчета путем повторения температуры дымовых газов на основе теплового баланса. В качестве начального значения для итерации была установлена средняя температура дымовых газов, равная температуре дымовых газов на входе, а в качестве критерия сходимости при моделировании было выбрано отклонение средней температуры дымовых газов в 1 мК.Сходимость системы очень хорошая и обычно требует всего 3–4 прогона расчетов.
Для баланса были сделаны следующие допущения. Чтобы произвести расчет как можно быстрее, были добавлены соответствующие упрощения.
- 1.
\ ({\ dot {Q}} _ {out} = {\ dot {Q}} _ {in} — {\ dot {Q}} _ {stor} \)
- 2.
Благодаря своей тонкой толщине, сталь идеальна для теплопроводности, не считается с точки зрения геометрии, но имеет свою массу и способность аккумулировать тепло.
- 3.
Для расчета теплопередачи через изоляционный материал была принята форма трубы.
- 4.
Для расчета средней температуры изоляционного материала было принято линейное радиальное распределение температуры.
Теплопередача и накопление в дымоходе с этими допущениями рассчитываются по следующим уравнениям. Порядок вычислений соответствует таковому в моделировании. Уравнения 5–7 соответствуют стандартным уравнениям для расчета коэффициента теплопередачи через стену [12, 13].
$$ {kA} _1 = \ left (2 \ times \ mathsf {\ pi} \ times h \ right) / \ left (1 / \ left ({\ alpha} _i \ times {d} _i / 2 \ right ) \ вправо) $$
(5)
$$ {kA} _2 = \ left (2 \ times \ mathsf {\ pi} \ times h \ right) / \ left (\ mathit {\ ln} \ left ({d} _o / {d} _i \ right ) / {\ kappa} _ {\ mathrm {iso}} + 1 / \ left ({\ alpha} _o \ times {d} _o / 2 \ right) \ right) $$
(6)
$$ {kA} _3 = \ left (2 \ times \ mathsf {\ pi} \ times h \ right) / \ left (1 / \ left ({\ mathit {\ mathsf {\ alpha}}}} _ o \ times {d} _o / 2 \ right) \ right) $$
(7)
$$ {\ gamma} _1 = — \ left (k {A} _1 / h \ right) / \ left.{\ left ({\ gamma} _ {\ mathsf {1}} \ times h \ right)} — 1 \ right) \ right) / \ left ({\ gamma} _ {\ mathsf {1}} \ times h \ right) + {T} _ {\ mathrm {steel}} $$
(10)
$$ {\ mathit {\ mathsf {\ gamma}}} _ 2 = {m} _ {\ mathrm {steel}} \ times {c} _ {\ mathrm {steel}} + {m} _ {\ mathrm { iso}} \ times {c} _ {\ mathrm {iso}} / 2 \ times \ left (1 + {\ mathrm {kA}} _ 2 / {\ mathrm {kA}} _ 3 \ right) $$
(11)
$$ {T} _ {\ mathrm {steel}, \ mathrm {new}} = \ left ({kA} _1 \ times \ left ({T} _ {\ mathrm {flue}, \ mathrm {av}}) — {T} _ {\ mathrm {steel}} \ right) — {kA} _2 \ times \ left ({T} _ {\ mathrm {steel}} — {T} _ {\ mathrm {o}} \ вправо) + {T} _ {\ mathrm {steel}} \ times {\ gamma} _2 \ right) / {\ gamma} _2 $$
(12)
$$ {T} _ {\ mathrm {iso}, \ mathrm {new}} = \ left (\ left (1+ {kA} _2 / {kA} _3 \ right) \ times {T} _ {\ mathrm {steel}, \ mathrm {new}} + \ left (1- {kA} _2 / {kA} _3 \ right) \ times {T} _o \ right) / 2 $$
(13)
Массы стали и изоляционного материала рассчитываются следующим образом.Соответствующие плотности и теплоемкости были взяты из паспортов [14, 15]. Во время установки изоляционный материал сжимается внутрь, поэтому внешний диаметр используется в качестве релевантного параметра для расчета. Поскольку дымоход гнут из тонких металлических листов и формулы модели максимально согласованы с входными параметрами, для расчета веса металла используются приблизительный внутренний диаметр и толщина стенки. Для стандартной выхлопной трубы с внутренним диаметром 150 мм и толщиной стенки 0.6 мм погрешность составляет 0,4% по сравнению с точным расчетом по площади круга. Он становится больше, чем меньше диаметр или тем больше становится толщина стенки. Тем не менее, адаптация формулы расчета может потребоваться в зависимости от приложения или может использоваться напрямую при желании.
$$ {m} _ {\ mathrm {steel}} = {x} _ {\ mathrm {steel}} \ times {d} _i \ times \ mathsf {\ pi} \ times h \ times {\ mathit {\ mathsf {\ rho}}} _ {\ mathrm {steel}} $$
(14)
$$ {m} _ {\ mathrm {iso}} = \ left ({d} _o- {d} _i \ right) / 2 \ times {d} _o \ times \ mathsf {\ pi} \ times h \ раз {\ mathit {\ mathsf {\ rho}}} _ {\ mathrm {iso}} $$
(15)
Теплоемкость дымового газа рассчитывается как функция средней температуры дымового газа на основе имеющихся данных по газу [16].{-2} $$
(16)
Массовый расход дымового газа \ (\ dot {m} \) дымоход рассчитывается согласно Бернулли [17, 18] с использованием перепада давления зонда Прандтля и температуры дымового газа в точке измерения 2 как а также диаметр дымохода в соответствии с формулой. 17. В результате, используя температуру в каждой соответствующей точке дымохода, можно определить расход для дальнейшего расчета.2/4 \ times \ pi \ times sqrt \ left (2 \ times d {p} _ {\ mathrm {prandtl}} / {\ rho} _ {\ mathrm {flue}, \ mathrm {prandtl}} \ right) \ times {\ rho} _ {\ mathrm {дымоход}, \ mathrm {prandtl}} $$
(17)
Приближенная формула [19] используется для расчета внутренней теплопередачи и показана в уравнении. 18. Расход может быть рассчитан на основе определенного массового расхода дымовых газов и плотности дымовых газов.
$$ {\ alpha} _i = 4.2/4 \ times \ pi \ right) \ times {\ rho} _ {flue, av} \ right) $$
(19)
Формулы приближения [20] также используются для внешнего теплообмена. Поскольку один и тот же расчет используется для внутреннего и внешнего сегментов дымохода, значения естественной (уравнение 21) и принудительной конвекции (уравнение 23) всегда рассчитываются. Только когда значение для принудительной конвекции превышает значение для естественной конвекции, оно будет использоваться для расчета (уравнение 20).
$$ {\ alpha} _o = \ left \ {\ begin {array} {c} {\ propto} _ {o, 1}, \ kern0.2 \ times \ lambda \ times h \ right) / \ left (2 \ times {d} _i \ right) $$
(24)
Коэффициент трения рассчитывается с использованием приближенных уравнений Хагена-Пуазейля [18, 21] (уравнение 26) в ламинарном (Re ≤ 2320) и Блазиуса [21, 22] (уравнение 27) в турбулентном диапазоне (2320> Re> 10 5 ). Для расчета предполагается, что дымоход гидравлически гладкий. Предел обоих уравнений различен при Re = 2320, поэтому возникает разрывная функция во всем рассматриваемом диапазоне.Поскольку это недопустимо для моделирования, создается переходный диапазон (уравнение 28) (2000 $$ \ uplambda = \ left \ {\ begin {array} {c} {\ uplambda} _ {lam}, \ kern0.5em \ mathit {\ operatorname {Re}} \ le 2000 \\ {} {\ lambda } _ {лам турб}, \ kern0.5em 2000 <\ mathit {\ operatorname {Re}} <2600 \\ {} {\ uplambda} _ {turb}, \ kern0.{0,25} $$ (27) $$ {\ lambda} _ {\ mathrm {lam} \ mathrm {turb}} = \ left (1 \ hbox {-} {\ mathit {\ mathsf {\ gamma}}} _ {\ mathit {\ mathsf {3}}} \ right) \ times {\ lambda} _ {\ mathrm {lam} 2000} + {\ mathit {\ mathsf {\ gamma}}} _ {\ mathit {\ mathsf {3}}} \ times {\ lambda} _ {\ mathrm {turb} 2600} $$ (28) $$ {\ mathit {\ mathsf {\ lambda}}} _ {\ mathrm {lam} 2000} = 64/2000 $$ (29) $$ {\ mathit {\ mathsf {\ lambda}}} _ {\ mathrm {turb} 2600} = 0.{0,25} $$ (30) $$ {\ mathit {\ mathsf {\ gamma}}} _ {\ mathit {\ mathsf {3}}} = \ left ({\ mathit {\ operatorname {Re}}} _ i- 2000 \ right) / 600 $$ (31) Представление для вычисления числа Рейнольдса здесь опускается. Влияние ветра на тягу в дымоходе зависит от множества различных параметров.2 \ \ вправо) / 2 $$ (32) На рисунке 2 показана схематическая структура моделирования естественной тяги. Как уже упоминалось, подмодели, а также условия окружающей среды являются устойчивыми, и только данные датчиков используются в качестве динамических входных данных. Затем в режиме реального времени рассчитывается осадка. Схематическое изображение программы моделирования Эксперименты проводились с модельной печью Ystad от Haas + Sohn Ofentechnik GmbH.В качестве топлива была выбрана высушенная на воздухе древесина бука, которую зажигали снизу для обеспечения максимально крутого подъема тяги. Заправка каждого из них составляла 1,5 кг. В каждом случае в охлаждаемой дровяной печи имело место только одно выгорание с желаемой продолжительностью испытания 100 мин. После обжига духовку открывали для оптимального охлаждения. В ходе испытаний было проверено, что воздуходувки на других испытательных стендах не могут создавать вакуум в помещении, где был установлен испытательный стенд. Эксперименты проводились в три почти безветренных дня и один ветреный день, чтобы можно было наблюдать влияния отдельно.В таблице 3 показаны условия окружающей среды для выбранных экспериментальных дней на протяжении экспериментов. Я пытаюсь построить простую модель потока жидкости и теплопередачи в дымоходе с естественной тягой. Я нашел некоторую литературу по этому поводу (большинство из них дает тот же результат, что и уравнения в статье в Википедии), но большую часть времени они используют гипотезы, такие как постоянная плотность или пренебрежение потерями на трение. Учитывая следующую проблему: У нас также есть: Ветер
Структура программы моделирования
Проведение теста
Термодинамика — Задача оценки расхода в дымоходе с естественной тягой с использованием уравнения Бернулли, включая потери тепла и трения
Я могу либо игнорировать $ f_D $, либо вычислить, исходя из первого предположения о $ v_3 $, а затем итеративно вычислить $ v_3 $ до сходимости.
Проблема в том, что это уравнение не имеет смысла: например, расход не равен нулю, даже если высота дымохода равна нулю ($ z_3 = z_0 $), или, на самом деле, это имеет смысл, потому что энергия была добавлена к поток, но это противоречит тому факту, что поток движется силами плавучести (которые равны нулю, когда дымоход имеет нулевую высоту). Более того, скорость сходит с ума даже при очень небольших перепадах температур $ T_1-T_0 $.
Что не так с моими рассуждениями?
Заранее спасибо
Дымоходы — обзор | Темы ScienceDirect
6.6.4 Промышленные дымоходы
На всех АЭС и практически во всех ядерных исследовательских центрах есть дымоходы (часто называемые дымовыми трубами) для отвода вентиляционного воздуха и загрязненных газов (рис. 1.7). Однако опыт их потенциального повторного использования можно в основном почерпнуть из неядерного сектора. Значительное количество старых дымоходов, которые были частью первых промышленных установок во многих странах и датируются первой половиной 1800-х годов и даже ранее, сохранились до наших дней. Некоторые из них удивительно высокие (сотни метров) и имеют выразительный архитектурный дизайн.
«Проблема дымохода… несомненно, является типичным примером многих« аварийных ситуаций », создаваемых нашими историческими зданиями. Эволюция методов, используемых при его изготовлении, в Европе шла рука об руку с прогрессивной трансформацией городского и сельского ландшафта в результате индустриализации. Более того, конструкция и конструкция дымохода часто раскрывают независимые культурные корни данной географической области — ощутимые признаки мастерства местных ремесленников »(Riva and Zorgno, 1995).Замечательная высота некоторых уцелевших дымоходов в заброшенных промышленных зонах и действенные методы, использованные при их изготовлении, вызывают удивление.
По мере появления новых типов дымоходов старые дымоходы были заброшены и вскоре устарели, часто приходя в негодность до такой степени, что они больше не были структурно безопасными. К проблеме сохранения исторических дымоходов следует подходить с большим вниманием, уделяя особое внимание испытаниям материалов и статическому / динамическому моделированию. Но промышленные дымоходы передают чувство культурной «принадлежности», которое нельзя игнорировать.Одним из примеров является район к югу и западу от площади Святого Петра в Риме, Италия. Почва там богата глиной, подходящей для обжига кирпича и извести («fornace» по-итальянски). В течение многих столетий в этом районе действовали печи, о чем свидетельствуют местные названия; и несколько дымоходов остались. На рис. 6.36A показан один из этих дымоходов в изоляции в декабре 2007 года, а на рис. 6.36B показан тот же дымоход, реконструированный в качестве музея в августе 2018 года.
Рис. 6.36. (A) Промышленный дымоход, Рим, Италия. (B) Промышленный дымоход, Рим, преобразованный в музей.
(A) Фотография М. Лараиа, 2007 г. (B) Фотография М. Лараиа, 2018 г. См. Купол Святого Петра на заднем плане.За последние десятилетия потребность в телекоммуникациях быстро возросла, что сделало повторное использование вышедших из употребления промышленных дымоходов конкретным вариантом (рис. 6.37).
Рис. 6.37. Старый стек повторно используется в телекоммуникационных целях, Вена, Австрия.
Фото М. Лараиа, 2013.Другая фотография из Вены (рис. 6.38) показывает, что некоторые промышленные дымоходы сохранены не для практического использования, а только для того, чтобы быть символами прошлого мира.Этот красивый дымоход в центре Вены окружен многоквартирными домами.
Рис. 6.38. Старый дымоход печи во дворе в центре Вены.
Фото М. Лараиа, 2018.Инновационная концепция, в которой старый дымоход повторно используется в качестве физической опоры для производства солнечной энергии, представлена в SIGUS (без даты). В основе концепции лежат следующие основные элементы:
- •
«TROMBE WALL» с полупрозрачной оболочкой вокруг дымохода, улавливает солнечное излучение, нагревает воздух и увеличивает поток воздуха из главного дымохода.Он также нагревает стенку дымохода для более равномерного непрерывного нагрева воздуха (ночью поток нагретого воздуха будет меньше).
- •
«СТЕКЛЯННЫЙ ФАРТУК» находится у основания дымохода. Нагретый солнечным излучением воздух улавливается стеклянной крышей и направляется в дымоход. Стеклянный фартук использует подход «гибкого захвата» с панелями из поликарбоната. Вторичное использование этой расширенной конструкции («фартука») могло быть в качестве теплицы.
- •
ДЫМОХОД.Теплый воздух в помещении проходит через дымоход и создает перепад давления у основания, всасывая холодный воздух из отверстий.
Ветряная турбина с выходной мощностью от 1 МВт до более 10 МВт была запущена компанией Eurowind (ASME, 2004). В концепции сочетаются современные ветряные турбины, судостроение и строительные технологии. Модульная конструкция предназначена для множества применений, от морских до различных наземных установок, в ветряных электростанциях или автономных.Установка может быть установлена на промышленных дымоходах и других высоких конструкциях, не мешая их нормальной эксплуатации. Вместо того, чтобы иметь ветряную турбину, которая нагружает определенную нагрузку на ее опорную конструкцию, система предназначена для регулировки ветряной турбины — и, следовательно, ее нагрузки — до известного запаса прочности основной конструкции, например дымоход. В этом случае граница раздела между конструкцией и турбиной будет поглощать нагрузки напряжения, возникающие при вращении лопастей турбины.
В недавней заявке на патент использовалась аналогичная концепция.Ветряк с вертикальной осью установлен на верхней части дымохода. Лопасти ротора расположены снаружи дымохода, и механическая энергия, производимая вращающимися лопастями ротора, передается генератору с помощью короткого приводного вала. Лопасти вращаются за счет восходящего потока, связанного с дымоходом (Патенты, 2013).
Солнечная восходящая башня — это электростанция, работающая на возобновляемых источниках энергии, описанная в Solaripedia (2011). Он сочетает в себе три технологии: эффект дымохода, парниковый эффект и ветряные турбины.Воздух нагревается солнечным светом в очень большой тепличной конструкции у основания высокого дымохода; Возникающая в результате конвекция заставляет воздух подниматься вверх по восходящей колонне. Этот воздушный поток приводит в движение турбины, вырабатывающие электричество. Австралийская компания EnviroMission предлагает построить в Аризоне самую высокую в мире солнечную электростанцию с восходящим потоком. Башня высотой 800 м станет вторым по высоте сооружением в мире — всего на 30 м ниже небоскреба Бурдж-Халифа в Дубае, Объединенные Арабские Эмираты. Генерирующая способность солнечной электростанции с восходящим потоком воздуха зависит в первую очередь от двух факторов: площади коллектора и высоты дымохода.Чем больше площадь коллектора, тем больший объем воздуха нагревается, поднимаясь по дымоходу. В таблице 6.1 (Википедия, 2018) перечислены самые высокие дымоходы в мире: после закрытия завода, на котором они расположены, промышленные дымоходы можно будет повторно использовать для выработки энергии, как описано выше.
Таблица 6.1. Самые высокие дымоходы мира