Тема 4.Теплообмен в теплогенераторах (децентрализованного
Теплоснабжения) с малым объёмом топочной камеры.
Физическая модель процессов тепломассопереноса в топках с малым объёмом.
Для конструктивного и поверочного расчёта теплогенераторов с малым объёмом топочной камеры используют методы теплового расчёта, в основу которых положены эмпирические зависимости. Попытки упростить и полностью приспособить эти методы для расчёта теплогенераторов малой мощности не привели к положительному результату.
Отличия в геометрических и режимных параметрах работы теплогенераторов малой мощности влияют на физические условия протекания процессов и, следовательно, для топок малого объёма физическая модель тепломассопереноса также должна претерпевать изменения. Так, в результате уменьшения геометрических размеров топки, даже при сохранении постоянства состава и температуры топочной среды, уменьшается оптическая толщина излучающего слоя продуктов сгорания и, как следствие, снижается тепломассоперенос излучением, возрастает относительный вклад конвекции в сложный теплообмен, что требует соответствующего отражения в физической модели процессов тепломассопереноса.
Метод расчёта теплообмена в таких топках основан на использовании физической модели тепломассопереноса, предложенной Н.С. Шориным. Данная физическая модель процесса рассматривает тепломассоперенос от потока излучающих продуктов сгорания из объёма топки к её стенкам через пограничный слой, формирующийся у пристенной области. Перенос теплоты из объёма топки в пограничный слой осуществляется излучением и турбулентной диффузией, допуская, что молекулярным переносом можно пренебречь. Через пограничный слой теплота передаётся тепловоспринимающей поверхности излучением и молекулярной теплопроводностью.
Анализ предложенной физической модели позволил получить обобщённое уравнение подобия тепломассопереноса при сжигании любого вида топлива:
КТ=f(ReH; Bu; αТ; l/dЭ; σ), (4.1)
где КТ – число интегрального теплопереноса; ReH – условное число Рейнольдса; Bu – критерий (число) Бугера; αТ – коэффициент избытка воздуха в топке; l/dЭ – соотношение длины и эквивалентного диаметра, так называемый геометрический критерий; σ – параметр, учитывающий параметры горения, способ сжигания и тип топочного устройства.
Расчёт теплообмена топки основан на использовании полученных из уравнения (4.1) зависимостей вида
КТ=1/(1+Аψ-1σ(ReH)0,55 Bu-0,86 (l/dЭ)-0,75), (4.2)
где А – эмпирический коэффициент; Ψ – коэффициент, учитывающий конструкцию и состояние поверхностей нагрева (коэффициент тепловой эффективности).
Число интегрального теплопереноса КТ оценивает эффективность работы топки в целом, а его физический смысл в том, что он показывает соотношение теплового потока, воспринятого поверхностями нагрева в топке и придельно возможного при условии охлаждения продуктов сгорания до температуры тепловоспринимающей поверхности. После ряда преобразований
КТ=(Ia-IT”)/(Ia-ICT), (4.3)
где Ia, IT”, IСТ – энтальпия продуктов сгорания соответственно при теоретической температуре горения, температуре на выходе из топки и тепловоспринимающей поверхности, кДж/кг.
Условное число Рейнольдса отражает динамику переноса масс газового потока на тепловоспринимающую поверхность
ReH=ωНdЭ/ν, (4.4)
где ωН – условная средняя скорость потока продуктов сгорания, отнесённая к единице тепловоспринимающей поверхности; dЭ – определяющий размер, м; ν – коэффициент кинематической вязкости продуктов сгорания, м2/с.
Число Бугера характеризует условия радиационного теплообмена с учётом оптической плотности потока излучающих продуктов сгорания
Вu=КРdЭ, (4.5)
где КР – усреднённый по Росселанду коэффициент поглощения излучения продуктов сгорания, м–1.
Уравнение (4.2)может использоваться для поверочного и конструктивного расчёта топки теплогенератора для величин в диапазоне:
КТ=0,15÷0,67; ReH=55÷400; Bu=0,25÷1,1
