Предыдущая   На главную   Содержание   Следующая
 
Хошев Ю.М. (Москва). Газодинамика классического камина. Окончание. (март 2009г.)
 
Статья размещена с разрешения автора. Первоисточник находится на форуме http://www.forumhouse.ru/forum31/thread25862.html
Газодинамика классического камина (Окончание)
13.02.2009, 23:16
Сообщение от Андрей Сушкова
Уважаемый Юрий Михайлович, хотелось бы Вас поблагодарить за достаточно объёмное сообщение, но пока что для меня, как для практика, полной ясности во взаиморазмерах при кладке каминов из Вашего материала не удалось уяснить.
На собственном опыте убедился, что открытый камин с размером портала 37 на 42 см "тянет" в гладкий дымовой канал 13 на 13см при высоте трубы порядка 4м. "Тянет" и камин 49 на 51см с каналом 13 на26 см при высоте трубы 2,5 м, Больше вопросов вызывает минимизация не собственно дымосборника, а уменьшение его высоты менее размеров, приведённых и Мякеля, и Сосниным и Колеватовым а также так наз "составителями"по печной литературе последнего десятилетия. О Вас слышал много добрых слов как о энциклопедисте по конструированию и строительству банных печей, подскажите, где (в интернете?) возможно ознакомиться с таковыми материалами. Удачи на жизненном пути.



Уважаемый Андрей, ну какой полной ясности во взаиморазмерах Вы от меня ждете? Вот профессионалы-практики на основе многолетних исследований пишут в книжке, что глубина, высота и ширина топки открытого камина должны быть в пропорции 4:5:6. А я, простой дачник, смотрю на фото работающего камина и вижу, что его пропорции 2:7:5!!! /см. вложение "милнер-викторианский", рис.34/
 
  
 
.. Почему?! Вот и пытаюсь разобраться, не ради денег, а ради интереса на досуге. Если Вы как практик объясните такие противоречия, скажу спасибо. А вообще-то я считаю, что размеры должен задать архитектор, а печник должен подстроить конструкция под архитектора. Нужна архитектору высота камина 2 метра! - значит надо думать как. И можно ли вообще. Вот сейчас смотрю по ТВ фильм с Маре про рыцарей - камин в те далекие века выше человека, наверно, целого быка на вертеле обжаривать.../см. также вложение "кухонный очаг", рис.35/.
 
  
 
.
В Ваших каминах соотношение площадей большое - более 10%, но высота труб низкая. Не касаясь ветровой устойчивости, я интуитивно чувствую, что они действительно работоспособны, но не всегда. Ведь надо честно и четко уточнить, что значит "тянут"? При каком расходе дров? И каких? И как уложенных? При разжигании, горении или затухании? И как Вы отсчитывали высоту трубы? Как правильно отсчитывать? От пола? От верха дымовой камеры? Это ведь важно при низких трубах, тем более Ваши камины не укладываются в графики Мякеля.
Что касается минимизации дымосборника, то его, например, у меня фактически вообще нет. И я не жалуюсь. Но это применительно к режиму интенсивного горения "под реактивный двигатель" с расходом дров в этом режиме наверно более 15-20 кг/час. Но такой режим горения напрягает, камин нельзя оставить ни на минуту! Что характерно, всюду в рекламе стремятся продемонстрировать камин почему-то именно в этом режиме! /см. вложение "Бакли", рис.36/.
 
  
 
.То есть при наименьшей вероятности дымления! Рассчитывают на некомпетентность заказчика? Или просто для куража?

Совершенно ясно, что отдыхается у камина только при неспешном ленивом горении дров. И именно в этом режиме можно ожидать наибольшую вероятность дымления. И именно на этот режим, как мне кажется, надо и рассчитывать домашний интерьерный камин. Но расчет - это ведь просто предварительная прикидка, не так ли? И любая конструкция - лишь этап нескончаемого улучшения. Первый экземпляр самолета проектируют и изготавливают бывает и за полгода, а затем доводят долгими годами. Но кто доводит у нас печки и камины? - исследовать не хотят и боятся. Почему ни на одном печном форуме я не встречал расчетного графика Мякеля с экспериментальными точками разных авторов на разных каминах?
А вот в банях процесс начался - Ляхов Владимир ложит и ложит метеоточки с разных бань на единую теоретическую банную кривую и оценивает. Уже приличную статистику набрал... Кстати, банные и любые иные печи я не проектировал и проектировать не собираюсь, поскольку не смогу ни исследовать, ни испытать. Банные интересы у меня были в области мытейных квартирных бань... совсем без печей...

14.02.2009, 18:21
Часть 7. В этой части речь пойдет о "занавеске" холодного воздуха в портале камина.

Во вложении "типы каминов" (см.рис.37)
 
  
 
. представлены некоторые конструкции "высоких, но мелких" /отопительных/ каминов. Есть также камины "низкие, но глубокие" /для барбекю - "шашлычные"/, есть и "очень глубокие", в том числе и с выносной трубой /духовые печи, высокие и низкие/. Это все классические камины.
Вообще-то "каминус" по-латыни и по-древнегречески /а также "очаг" по-турецки, "топка" по-древнеславянски и т.п./ - это место для огня. "Камера" по-латыни и по-древнегречески - это свод. "Каминус" в "камере" - это... /см. вложение "хлебная печь - романский стиль", рис.38/.
 
  
 
.Кстати, такие черные печи в глинобитном исполнении описаны в лесном быту древнегерманских племен при Карле Великом - 7 век. Карл долго воевал с саксами - германскими язычниками на нижней Эльбе. А сразу за саксами в районе нынешнего Любека /Вагрия/ и далее по Балтике жили западные поморские славяне /в том числе и поляки-ляхи/. И у них были такие глинобитные духовые печи и назывались как и германские как-то типа "БА", "БАГ" или "БАК" /"bage" по-датски, "Backen" по-немецки, "baka" по-шведскии т.д. до сих пор означает "запекать" еду/. Отапливаемые дома /землянки и срубы/ назывались у германцев "ба-сту" /"stue" - помещение/, у западных /поморских польских, а также новгородских/ славян "из-ба" /то, что вокруг "ба", "izba" по-польски/, у южных /киевских/ славян "из-топка". Как раз в басту, избах и истопках мылись, потому что это были теплые помещения. Некоторые считают /видимо, ошибочно/, что и слово "баня" произошло от слова "ба". Так или иначе, слова "багряный", "вагранка", "барин" живы в русском языке и поныне. При западно-славянской колонизации в Старой Ладоге в домах сначала были глиняные печи /до 9 века/, а затем в Новгороде и Руссе их стали вытеснять печи-каменки, видимо более удобные при варке соли на металлических поддонах - основном промысле варягов /варильщиков/, вечно черных от сажи /"rus" по-немецки - сажа/. Отметим, что в древнеславянском языке "б" и "в" не различались - Византия или Бизант, Вагрия или Багрия. Так что забытой печи "ба" русские многому обязаны исторически /извините за отступление/...
Камины есть всякие. Есть и не классические /новых типов и принципов/. Например, герметичные со стеклянными дверцами /в том числе и металлические "кассетные"/, имитационные газовые /в том числе и из баллонов/ со светящимся /осветительным/ пламенем из бутафорских "металлополеньев", декоративные спиртовые с красиво горящим и экологически чистым пламенем и т.п. Кстати, вместо классических каминов отопительного типа в нашем российском представительском быту были бы намного уместнее, удобней и полезней глубокие дровяные камины "под русскую печь" - они и уют от натурального огня дают, и практическую пользу - спечь и поджарить перед праздничным столом.../см вложение "компоненты для хлебных печей", рис.39/.
 
  
 
.
Но в этой теме речь идет только об открытых отопительных дровяных каминах. В отопительных каминах определяющим фактором является лучистый поток тепла от углей, пламени и от задней стенки камина. Поэтому отопительные камины стараются делать мелкими, огонь чуть ли не вылезает наружу. Малая глубина топки и широкий портал обуславливают особую важность "занавески" холодного воздуха, обозначенной на вложении "типы каминов" пунктирными стрелками (см. рис. 37). Занавеска препятствует выходу дымовых газов через портал в помещение.
Занавески бывают разными. В каминах венецианского типа /с центрально расположенным зонтом-дымосборником/ поступающий холодный воздух распределен по порталу более-менее равномерно /см. вложение "типы отсосов", рис.40/.
 
  
 
. В каминах с "обратным" зубом воздух сильней подается в нижнюю часть окна портала, тем самым оттесняет пламя назад к тыльной стенке камина. В каминах с "прямым" зубом воздух сильней подается в верхнюю часть окна портала и слабо взаимодействует с дровами. Но пламя от дров при этом стелется по наклонной стенке зуба вперед к порталу, что создает ощущение рвущегося наружу огня.
Во всех этих случаях необходима дымовая труба именно и обязательно с тягой. Если тяги не будет - не будет и занавески /но воздух для горения дров подаваться, конечно же, будет/. Труба играет фактически "роль пылесоса", а точнее является элементом банального местного отсоса вентсистемы здания. А такие местные отсосы в строительстве зданий хорошо изучены /продолжение следует/.

14.02.2009, 22:58. Продолжение.

Будем условно полагать, /а точнее, предполагать/, что задний отсос лучше для "реактивного" режима горения дров /мощный столб огня/, а передний отсос лучше для ленивого спокойного горения дров. Дело в том, что в отопительных каминах протяженность "занавески" по ширине /равная ширине портала / обычно велика, причем в верхней части портала не должно быть "дыр" в занавеске, через которые мог бы устремиться дым в помещение. То есть отсос должен быть щелевым, располагаться вдоль верха портала и обеспечивать равномерный отсос на всей ширине. Если щель удалена вглубь камина /на заднюю стенку/ или, более того, преобразована в отверстие в верху конуса дымосборника,то скорость в верхней части портала будет низкой, и "колыхания" текущих газов могут создать нежелательную "дыру" /брешь/ в занавеске.

Поясним это на примере вентиляционного зонта /см. вложение "вытяжной зонт", рис.41/.
 
  
 
. Если зонт имеет форму конуса, то максимальная скорость отсоса будет на оси зонта. Если столб дымовых газов случайно /под действием взмаха руки, например/ отклонится в сторону, то зонт может уже не "поймать" столб дыма. Если же в зонт вставить низкорасположенный конусный рассекатель, то максимальные скорости будут на ободе зонта. Такой зонт будет хорошо "ловить" колыхающиеся столбы, но осевой поток будет входить в зонт "с бОльшим сопротивлением. Ясно, что все это справедливо только для зонта с тягой. Если тяги нет, то зонт будет пассивной ловушкой для всплывающих объемов горячего дыма. В любом случае, высокорасположенный рассекатель /например, в горле воронки/ может играть лишь роль турбулизатора-смесителя. Для уяснения ситуации можно привлечь всем знакомую "картинку" работы насадки пылесоса - широкое горло пыль глотает хуже. Ясно, что щелевая насадка пылесоса создаст "вытяжную завесу" и вверху портала камина.

Поток воздуха в портале может влиять и на само пламя, и на костер - ведь воздух дует в первую очередь "на огонь". Вспомним, что пламя в камине сопровождается ТРЕМЯ разными по природе воздушными потоками /см. левый рисунок вложения "обтекание пламени", рис.42а/.
 
  
 
.

ВО-ПЕРВЫХ, это холодный воздух ХГ для горения дров. Он подсасывается в костер сам-собой с боков /а при наличии решетки и снизу/ автоматически взамен "израсходованного" воздуха, поднимающегося вверх в виде дымовых газов. Ясно, что поток воздуха в портале может увеличить поток воздуха под дрова, в том числе и через поддувало решетки /или металлическую сетчатую корзину для дров/.

ВО-ВТОРЫХ, это эжекционный воздух ХЭ, приходящий на смену воздуху, увлекаемому струей дыма вверх за счет вязкости и вихрей /турбулентности/. Расход эжекционного воздуха возрастает при увеличении скорости подъема дыма. То есть чем выше, тем больше подсасывается эжекционного воздуха. Но за счет эжекции дымовые газы охлаждаются, и их подъем затормаживается. Так что максимум эжекции достигается, видимо, где-то на уровне языков пламени. Напомним, что эжекция происходит и на холодных струях, не только на неизотермических /пламенах/. Обычно коэффициент эжекции составляет величину порядка 0,3 - 0,6 кг подсоса на 1 кг струи на одном калибре /диаметре струи/ длины струи. То есть пламя с коэффициентом избытка воздуха "альфа" порядка двойки /то есть с температурой на оси порядка 1000град Ц/ может набрать на трех калибрах длины /то есть на 1 метре длины вверх при диаметре костра 0,3 м/ величину "альфа" до тройки-шестерки, то есть охладиться на оси ТОЛЬКО ЗА СЧЕТ СМЕШЕНИЯ /за счет, так называемой, "закалки"/до температуры 350-700град.

В-ТРЕТЬИХ, это воздух ХТ, засасываемый за счет тяги трубы. Его расход обычно в десять и более раз превышает расходы ХГ и ХЭ вместе взятые. Как только тяга исчезает, тотчас в трубу начинает поступать /всплывать/ очень горячий газ, но скорость его всплытия только за счет подъемной силы мала. Труба "захлебывается", дымосборник начинает заполняться горячим газом, создавая тягу. Но если дымосборник недостаточно высокий, то переполняется, и дым идет через портал.

Такая картина характерна для костра, для открытого очага под зонтом /см. рис.42"а" во вложении "обтекание пламени"/, для венецианского камина... А вот для камина с задним отсосом /например, Бакли/ картина несколько меняется. Во-первых, больше идет воздуха под дрова, горение становится активнее, огонь выше. Во-вторых, поток ХЭ начинает двигаться спутно с пламенем вверх в трубу, скорость его сближается со скоростью пламени. Тут уже ни о каком увлечении воздуха ХЭ пламенем говорить не приходится, нет и турбулентности /вихрей/: известно же, что газовый поток, ускоряющийся в точечный сток, не турбулизуется /а точечным стоком и является горловина воронки/. А значит, пламя не эжектирует и не охлаждается. Поэтому его высота еще сильнее увеличивается. Это "реактивный" режим, когда воздух ХЭ "лижет" пламя / рис. 42"б" во вложении ('обтекание пламени"/.

15.02.2009, 15:57
Часть 8. В этой части будут затронуты вопросы экологии.

Прежде чем перейти к описанию свойств местных отсосов, коснемся, казалось бы, совсем постороннего, с первого взгляда, вопроса наличия "дыма" в дымовых газах. Дело в том, что дымовые газы бывают задымленными /видимыми и пахучими/, а бывают порой и совсем прозрачными /условно невидимыми и непахучими/. Занавеска воздуха препятствует проникновению дымовых газов в помещение, но в то же время может способствовать и более полному сгоранию топлива с уменьшением задымленности газовых выбросов в атмосферу.

Джим Бакли www.rumford.com , описывая свои разработки в области открытых каминов из полуфабрикатов /огнестойких керамических горловин и сужающихся дымовых камер заводского изготовления/, специально подчеркивает, что его камины с задним отсосом работают якобы с пониженным дымлением в атмосферу. Этот, казалось бы, скучный вопрос очень важен для Северной Америки, поскольку там дилеры уже двадцать лет "играют в игру" по чистоте горения дровяных очагов /по формулировке Сенфа - президента Ассоциации печников Северной Америки/. И выигрывают эту коммерческую игру те, у кого из трубы идет меньше дыма. Ведь во многих городах и даже в целых штатах введены серьезные законы против дровяных очагов. Так, например, с 03.11.2008г. в Канаде в пригороде вокруг Монреаля вообще запрещены все отопительные дровяные печи, кассетные камины и котлы, даже на пеллетах! www.woodheat.org, но пока не запрещены, ко всеобщему удивлению, неотопительные камины эпизодического использования /хотя именно они сильней всего дымят в атмосферу/. И это все при том, что во всем Квебеке в целом в 60-ти процентах домов, так или иначе, используются дрова.

Исторически так сложилось, что в Америке на государственном уровне сначала начали контролировать наличие "дыма" из очагов /поскольку его видно/, а в Европе - содержание угарного газа СО, который можно обнаружить только приборами /подробнее см. в моей книге ДАЧНЫЕ БАНИ И ПЕЧИ/. "Дым" из очагов /smoke pollution/ в США официально называется "эмиссией" частиц веществ /"PM" - particles of matters/. Содержание частиц в дыме допускается не более 7,5 грамм в час /это чуть заметный дымок/.

Дым при горении органики бывает трех видов - белый /бурый/, черный и сизый. Например, в автомобильных двигателях белый дым бывает от водяного пара /тумана/, черный от неполного сгорания бензина, сизый от горения масла, аварийно просачивающегося из системы смазки в цилиндры /а также сизый чад в церквах от лампад/.

БЕЛЫЙ /бурый/ дым при горении древесины наблюдается при растопке и подкладке дров в костер. Нагревающиеся поленья выделяют летучие продукты пиролиза /пары дегтя-креозота/, и если летучие не попадают в пламя, то их высококипящая фракция конденсируется в холодном воздухе в виде тумана жидкостей. Если конденсация не происходит /из-за высокой температуры воздуха/, то летучие распространяются в атмосфере в виде паров, еще более усиливая запах дыма. Белый дым от древесины - есть аналог белого дыма /тумана парафина/ с фитиля при задувании парафиновой свечи.

ЧЕРНЫЙ дым возникает при вторичном пиролизе /летучих продуктов пиролиза древесины/ в пламени при нехватке воздуха или при чрезмерном охлаждении пламени. Любая органика термически разлагается с образованием радикалов типа СН, СН2 или СН3, быстро поликонденсирующихся при 300-700град в бензольные кольца С6Н6, затем в двойные бензольные кольца /нафталины/, потом в тройные /антрацены/ и т.д. вплоть до образования ультрамелких /нано/ частиц углерода - по сути очень крупных молекул с миллиардами соединенных бензольных колец. Частицы углерода нагреваются до температуры пламени и светят желтым светом. При наличии кислорода радикалы окисляются, уменьшая выход сажи, а сама сажа с трудом, но сгорает постепенно в виде языка пламени /факела/. Если коснуться кончиком сгоревшей спички 4 кончика пламени свечи, то появится струйка дыма 5 /см. вложение "свеча", рис.43/.
 
  
 
.Этот дым возник из-за ограничения поступления воздуха к пламени, а не из-за охлаждения. Действительно, если подуть воздухом на дымящий /в контакте со спичкой/ кончик пламени из трубочки 3 /например, грушей, но так, чтобы не в коем случае не попадать на фитиль свечи/, то от дополнительного, казалось бы, охлаждения пламени дым вовсе не усилится, а наоборот, дым исчезнет совсем, а пламя станет ослепительно белым.

СИЗЫЙ /"сухой", "нормальный"/ дым возникает, видимо, при недогорании сажи/?/.

Так вот, белое дымление Бакли устраняет вертикальной установкой крупных поленьев в камине, упирая их нижними торцами в глухой под камина и прислоняя их верхними торцами к задней стенке /"стрелой", шалашом/. При этом, в мелком камине /ширина : высота : глубина = 1800мм : 1500мм : 600мм = 3 : 2,5 : 1 / поток воздуха ХГ /на горение/ идет по поду под дрова и увлекает за собой белый дым с нижних торцов поленьев в пламя. А вот установка решетки под поленьями хоть и усилит интенсивность горения дров, но снизит горизонтальный поток воздуха ХГ и усилит белое дымление по поду в помещение.

Черное дымление Бакли устраняет "облизыванием" пламени потоком воздуха ХЭ, что предотвращает взвихривание пламени. Бакли утверждает, что специалисты в США объясняют черный дым в каминах именно взвихриванием пламени /турбулентностями/, так что если нет турбулентностей, то нет, якобы, и дыма. В этом вопросе полной ясности нет. Многие печники говорят, что в топочном процессе должна быть турбулентность, поскольку вокруг пламен образуются слои /столбы/ восходящих продуктов сгорания 1, и турбулентности 2 размешивают эти слои и подают свежий воздух к поверхности пламени /напомним, что в диффузионном гетерогенном пламени внутри факела горючий газ, вне факела - воздух, горение происходит на границе - на поверхности факела/. В то же время "лижущий" обдув пламени воздухом через трубку 3 также эффективно способствует горению. По нашему мнению, турбулизация пламен в печах целесообразна лишь при очень высокой температуре топки более 900град Ц, когда можно ожидать догорания горючих смесей в гомогенных пламенах как в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания.

В случае же переднего отсоса /в случае классического заднего зуба/ пламя лижет наклонную поверхность задней стенки /см. более раннее вложение "типы отсосов"/. Это может привести к дымлению типа того, что наблюдается при касании спичкой 4 кончика пламени свечи 5. Поэтому высокие пламена при наклонной задней стенке /со струей пламени, обтекающей зуб/ не желательны. Это находится в согласии с предположением, что схемы с передним отсосом предпочтительны для низких пламен при неспешном ленивом горении дров в камине.

Все эти соображения созвучны с поиском путей оптимальной подачи вторичного воздуха в топливники печей. Например, Чернов www.stovemaster.com предлагает подачу вторичного воздуха через многочисленные отверстия в стенках кирпичного топливника на разных уровнях /см. левый рисунок 44а на вложении "вторичный воздух"/.
 
  
 
.Не касаясь удачности выбора подачи воздуха именно через поддувало и узкие щелевые каналы в кирпичных стенках, не обсуждая возможности заметного нагрева вторичного воздуха внутри кирпича, мы сразу замечаем, что воздух подается перпендикулярно пламени, а значит, будет эжекция и турбулизация пламени. Ясно, что вторичный воздух в любой схеме холодней пламени в топке, поэтому вторичный воздух скорее всего будет к тому же "падать" вниз навстречу пламени, что еще сильнее взвихрит пламя. В то же время Серегин и Кириллов, Бацулин, Репин, Мельников и др. отечественные разработчики предусматривают подачу вторичного воздуха именно под углом вверх, как бы сопровождая пламя, "облизывая" его, причем с подачей воздуха непосредственно из атмосферы, а значит под хорошим напором. Тем самым предотвращается излишняя турбулизация пламени с полным устранением дымлений даже при больших дозакладках дров в раскаленный топливник.

 
be number one Рейтинг@Mail.ru
Translate.Ru PROMT©