Тема 2.3 ламинарный и турбулентный потоки. Критерий рейнольдса

Движение газов в печах и газоходах может иметь двоякий характер. Наблюдается ламинарное (слоистое) и турбулентное (вихреобразное) движение.

_ср = 0,5 _max

_ср = 0,83 _max

Эпюра скорости (парабола)

Эпюра (усеченная парабола)

а) ламинарный поток; б) турбулентный поток.

Ламинарное движение характеризуется спокойным перемещением газа параллельными слоями, без взаимных пересечений и завихрений. Максимальная скорость – по геометрической оси, у стенок скорость падает до 0. При этом движении у стенок канала образуется неподвижный, прилипающий к стенкам слой газа, так называемый – пограничный слой (слой Прандтля). Этот слой оказывает большое влияние на процесс термо- и газообмена между движущимися потоками газа и материалом стенок.

При увеличении скорости ламинарное движение переходит в турбулентное.

Движение газа становится неспокойным с большим числом мелких вихрей. У стенок скорость также равна 0, но с увеличением скорости, пограничный слой резко уменьшается, т.к. его сдувают газовые вихри, что благотворно влияет на теплообмен между потоком газа и материалом стенок.

Характер движения газов в печах оказывает решающее влияние на развитие теплообменного процесса, на сопротивление движения газов и на физико-химические преобразования материала. Поэтому необходимо уметь определять характер движения газа и знать от чего он зависит.

В 1863 году английский физик и инженер Рейнольдс для определения характера движения газов предложил принять безразмерную величину, называемую критерием Рейнольдса:

Турбулентное движение наблюдается, если критерий Рейнольдса больше 2300.

Ламинарное движение наблюдается, если критерий Рейнольдса меньше 2300.

Существует переходный режим, когда критерий Рейнольдса меньше 2300, но больше 2100, т.е. когда появляются редкие первые завихрения и нарушается траектория.27.11.13

Движение газов в печах и газоходах в большинстве случаев имеет турбулентный характер, и поэтому подставляя критическое значение равное 2300 в формулу (*) можно получить выражение для критической скорости, определяющей переход от одного движения к другому:

Для большинства металлургических печей критерий Рейнольдса достигает от 10 000 до 100 000.

Вместе с тем в отдельных печах иногда наблюдается и ламинарное движение (например, на повороте, в углах).

Задача.

Определить критическую скорость для дымовых газов, если t=1500С, =22410^-6 м²/с, F=0,80,8 м^2.

Решение:

Тема 2..4 сопротивление движению газов

Газы, как и всякая реальная материя, при движении встречают на своем пути различные сопротивления, на преодоление которых расходуется энергия в виде напора.

Разновидности сопротивлений газовому потоку можно уяснить при помощи схемы газоходной системы отражательной печи (см.рис.).

10

шибер

4

топливо

2

3

5

6

7

8

9

1

F₁₁

Н

котел

печь

F₂

Дым.труба

В этой печной системе, состоящей из отражательной печи, котлов – утилизаторов, дымовой трубы, имеются следующие разновидности сопротивлений движению газов:

1. повсеместное сопротивление, т.е. имеющееся на любом участке газохода. Оно представляет собой сопротивление от трения газов о поверхность футеровки и шихты на всем протяжении, начиная с головы печи до выхода газа из дымовой трубы в атмосферу. Напор, расходуемый на преодоление сопротивления трения, называется – потерянным напором на трение.02.12.

2. местное сопротивление, т.е. которое находится на определенном участке газохода. Представляет собой сопротивление от поворотов газа, сужения или расширения потока газа, сопротивление отдельных устройств (например, котла – утилизатора или пылеулавливающих устройств). Напоры, расходуемые на преодоление местных сопротивлений, называются напорами, потерянными от местных сопротивлений.

В печной системе отражательной печи эти напоры находятся на участках 1-10.

На участках 1, 2, 7, 9 потеря напора зависит от резких поворотов газа.

На участках 3, 5, 10 напор меняется от расширения или сжатия потока.

На участках 4,6 потеря напора зависит от сопротивления котла и шибера.

На участке 8 преодолевается противодействие геометрического напора опусканию горючего газа на высоту Н.

С учетом потерь напора уравнение Бернулли для реальных газов примет вид:

Потери напора от трения газа рассчитываются, как и др. виды потерь напора, в функциональной зависимости от динамического напора:

, где

где k – коэффициент, характеризующий данное сопротивление.

,

где  - «этта», коэффициент трения (для кирпичных кладок равен 0,05, для металлических труб равен 0,04);

l – длина канала, м;

d_г – диаметр гидравлический, м.

Таким образом:

.

(1+αt) .