4. Комбинированные газомазутные горелки

В производственных условиях по различным причинам возможно изменение вида используемого топлива или до­бавление в случае нехватки топлива одного вида к другому (например, мазута к газу). В настоящее время широкое распространение получили комбинированные газомазутные горелки (форсунки).

Существуют газомазутные горелки, в которых мазут и газ подаются в зону горения через концентрические, расположенные по оси горелки трубки (рис. 16). Представлен­ная горелка применяется для отопления нагрева­тельных печей. Работает она на мазуте и коксовом газе при давлении газа 980—4900 Па. Допустим подогрев газа до 473 К и воздуха до 773 К.

Рисунок 16 - Газомазутная горелка с осевым подводом газа и мазута

Рисунок 17 - Газомазутная горелка с разобщенным подводом газа и мазута

В других газомазутных горелках мазут и газ подаются по необъединенным конструктивно трубкам (рис. 17), при­чем мазут подается всегда по внутренней трубке, так как он труднее смешивается с воздухом.

Для распыливания мазута в комбинированных газомазутных горелках применяются пар с давлением до 1 МПа и сжатый воздух.

Контрольные вопросы.

6. Какие общие принципы существуют для выбора рациональных методов сжигания топлива в печах?

7. В чем заключается процесс работы горелки с полным предварительным смешиванием?

8. Какие конструктивные особенности горелки с внешним смешением?

9. Какие требования предъявляются к форсункам?

10. В чем заключается принцип работы форсунок?

11. Какие бывают комбинированные газомазутные горелки?

Лекция № 5 Статика газов

План

1. Общие сведения про газы.

2. Основные уравнения статики жидкости и газа.

3. Давление газов

4. Распределение давления по высоте печи

1. Общие сведения про газы

Обычно нетвердые тела разделяют на среды несжимаемые (собственно жидкости) и среды сжимаемые (собственно газы). Однако это не всегда точно, так как капельные жидкости в ряде случаев обладают некоторой способностью сжиматься, а газы во многих практических случаях можно рассматривать как несжимаемые.

Газы в печах находятся под давлением, которое менее чем на 0,2 % отличается от атмосферного. В этих условиях возможное изменение объема вследствие изменения давления ничтожно. Температура в печах в подавляющем большинстве случаев изменяется постепенно, что дает основание на отдельных участках пренебрегать влиянием температуры на объем газа и рассматривать газы как несжимаемые среды. Общим признаком несжимаемости газов является условие p=const. Поэтому в механике газов используются положения гидромеханики, гидравлики и аэродинамики. Явление сжимаемости газов проявляется при высоких (сверхзвуковых) скоростях движения. В этих условиях p≠const.

Относительно газы бывают реальные и идеальные.

Всем жидкостям и газам присуще свойство вязкости, т. е. способность оказывать сопротивление относительному движению (перемещению) частиц. Однако в некоторых газах (кислород, азот, оксид и диоксид углерода и др.) свойство вязкости проявляется слабо и им без большой погрешности можно пренебречь. Кроме того, как это видно из изложенного ниже, математическое описание движения сред с учетом изменения их вязкости столь сложно, что делает неразрешимыми составленные уравнения. Вместе с тем в ряде случаев разумное пренебрежение вязкостью открывает широкие перспективы для математического анализа и получения важных результатов при рассмотрении процессов движения газов.

В реальных газах молекулы подвержены силам взаимо­действия и эти газы обладают вязкостью, т.е. свойством оказывать сопротивление относительному движению (пе­ремещению) частиц.

При движении газов свойство вязкости проявляется в возникновении сил внутреннего трения. Всякое трение со­провождается потерей энергии. Поэтому перемещение га­зов связано с затратой энергии. С увеличением температуры вязкость растет.

2. Основные уравнения статики жидкости и газа.

Статика газов изучает равновесие (состояние покоя) жидкостей и газов. Все силы, действующие на объем газа (жидкости), можно разделить на объемные и поверхностные. К объемным отно­сятся силы, действующие на каж­дую частицу объема: силы тяжести и силы инерции.

18

Поверхностные си­лы действуют на единицу поверхно­сти какого-то объема. Такими сила­ми являются силы давления и тре­ния. На любой объем покоящейся жидкости или газа действуют только силы тяжести и давления. Силы инерции и трения проявляются лишь при движении среды. Поэтому уравнения, Эй­лера для статики справедливы для идеальной и реаль­ной жидкости (газа), так как свойство вязкости, характер­ное для реальной среды, проявляется только при ее движе­нии. В неподвижном (покоящемся) объеме газа объемные силы — силы тяжести — действуют по вертикали, т. е. в направлении координатной оси z, и вызывают соответству­ющее изменение давления.

Уравнение Эйлера для статики жидкостей и газов, со­ставленное как баланс изменения энергии 1 м³ газа в на­правлении координатной оси z, имеет вид

где ρ — плотность жидкости (газа), кг/м³;

g — ускорение силы тяжести, м/с²;

dρ— изменение (приращение) давле­ния при изменении высоты столба жидкости на величину dz;

dp/dz — градиент давления.

Уравнение представляет собой баланс энергии, при котором измене­ние потенциальной энергии 1 м³ газа на отрезке dz (левая часть уравнения) приводит к соответствующему измене­нию давления (правая часть уравнения).

Если уравнение Эйлера решать для каких-то двух сечений z_\ и z₂, расположенных на расстоя­нии Н друг от друга, при условии р = const (газ как не сжимаемая жидкость), то можно получить основное урав­нение статики жидкостей (газов):

где р₂ и р₁ абсолютное давление соответственно в сечени­яхI и II, Па;

pgH — геометрическое давление, обусловлен­ное силой тяжести и зависящее от плотности р и высоты Н столба газа, Па;

z₁ и z₂ — расстояние от произвольно при­нятого уровня отсчета 0—0 до соответственно сечений I и II, м;

g — ускорение силы тяжести, м/с².

Как следует из определения, приведенного выше, раз­ность между абсолютным статическим давлением р_г га­за в сосуде и давлением р_в воздуха на том же уровне яв­ляется статическим давлением:

Если давление газа в сосуде меньше атмосферного, это означает, что сосуд находится под разрежением. Величина разрежения показывает, на сколько абсолютное давление газа в сосуде меньше атмосферного, т.е.

Поверхность, в каждой точке которой статическое дав­ление равно нулю (h_CT = 0), называют уровнем нулевого избыточного давления.

Для печной теплотехники важное значение имеет ис­следование распределения избыточного давления на стен­ки сосуда, заполненного горячим газом. Величину избыточного давления на стенки сосуда можно найти с по­мощью основного уравнения статики газов.

Рассмотрим, как определить статическое давление при­менительно к сосуду, открытому снизу (рис. 19,а). В сече­нии I сосуд сообщается с атмосферой, поэтому давление со стороны газа р_г равно давлению со стороны воздуха р_в и, следовательно, h_cт1 = р_г1 — р_в1 = 0. В сечении II давление со стороны газа р_г2 = р_в1 - ρ_гgH, а со стороны воздуха р_в2 = р_в1 — ρ_вgH. Статическое давление в сечении II h_ст2 = р_г2 — р_в2 = = gH (ρ_в - ρ_г). Из этого уравнения видно, что при ρ_г < ρ_в стенки сосуда испытывают избыточное давле­ние со стороны газа, величина которого прямо пропорцио­нальна высоте Н и разности плотностей воздуха ρ_в и газа ρ_г. Избыточное давление, обусловленное разностью плот­ностей воздуха и газа, есть геометрическое давление h_г, которое в данном случае равно

Для сосуда, открытого сверху (рис. 19,б), давление га­за в сечении І равно давлению атмосферного воздуха, сле­довательно:

Применяя уравнение (10), получаем

Это означает, что при р_г < р_в избыточное давление в сосуде будет отрицательным, т. е. сосуд будет находиться под разрежением h_раз, абсолютное значение которого равно h_г, т.е. h_paз = h_r = gН (ρ_в — ρ_г).

19