Распределение избыточного давления на стенки сосуда заполненного горячим газом

Выше мы отмечали, что разность между избыточным давлением Р_г газа в сосуде и давлением окружающего воздуха Р_в на том же уровне есть статическое давление: Р_ст=Р_г–Р_в.

Если давление газа в сосуде меньше атмосферного, это означает, что сосуд находится под разрежением. Величина разрежения показывает, на сколько давление газов в сосуде меньше атмосферного: Р_раз.= – Р_ст=Р_г–Р_в.

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

Для печной теплотехники важное значение имеет исследование распределения избыточного давления на стенки сосуда, заполненного горячим газом. Для этого воспользуемся основным уравнением статики (1.11). Рассмотрим, как определить статическое давление применительно к сосуду, открытому снизу (рис 1)

Рисунок 1

В сечении I сосуд сообщается с атмосферой, поэтому давление со стороны газа равно давлению со стороны воздуха, следовательно Р_ст1=Р_г1–Р_в1=0,т.е. (Р_г1=Р_в1)

В сечении II давление со стороны газа равно , а со стороны воздуха .

Статическое давление в сечении II .

Из этого уравнения видно, что, если газ горячий, т. е. r_г<r_в, то стенки сосуда испытывают избыточное давление со стороны газа. Величина его прямо пропорциональна высоте Н и разности плотности воздуха r_в и газа r_г (r_г зависит от t_г). Избыточное давление, обусловленное разностью плотностей воздуха и газа, есть геометрическое давление, т. е. в данном случае Р_ст= Р_геом= .

Для сосуда, открытого сверху (рис2), давление газа в сечении I равно давлению атмосферного воздуха, следовательно Р_ст1=Р_г1–Р_в1=0.

Рисунок 2

Применим уравнение (1.11) для сечения II:

Статическое давление в сечении II равно:

; или ;

Это означает, что при r_г<r_в избыточное давление в сосуде будет отрицательным, т. е. сосуд будет находиться под разряжением, величина которого равна Р_геом. т. е.

. (1.12)

Избыточное давление, обусловленное разностью плотностей воздуха и газа, играет важную роль в работе печей. Если нулевое избыточное давление (Р_ст=0) находится на уровне пода печи, то над уровнем пода давление в печи больше атмосферного. Это приводит к выбиванию горячих газов через отверстия и неплотности в стенках печи. Следствием может быть ухудшение условий работы металлических конструкций и перерасход топлива. Если нулевое избыточное давление поддерживать несколько выше уровня пода, то часть печи ниже уровня нулевого давления будет находится под разрежением, будет подсос холодного воздуха. Это приведет к перерасходу топлива, снижению температуры печи и увеличению угара (окисления) металла. Однако вред от подсосов воздуха больше, чем от выбивания горячих газов из печи. Поэтому нулевое давление необходимо поддерживать на уровне пода, а печь делать более герметичной.

Лекция 4: