Отвод продуктов сгорания

 

Определить разрежение перед тягопрерывателем быстродействующего водона-гревателя с номинальной тепловой нагрузкой Q = 20,0 кВт, если отвод продуктов сгорания осуществляется через дымоход размером aхb (а = 125 мм; b = 125 мм). Высота дымохода во внутренней кирпичной стене h = 4,0 м, а на чердаке и сверх кровли h = 4,0 м. Толщина дымохода – полкирпича. К дымоходу водонагреватель присоединяется с помощью стальной не утеплённой трубы с тремя поворотами, диаметром d = 100 мм и общей длиной l = 2,7 м. Вертикальный участок присоединительной трубы равен h  = 0,6 м. В водонагревателе сжигается природный газ, для которого низшая теплота сгорания, теоретический объем воздуха, объём и плотность продуктов сгорания определены в задаче 2.

 

Решение

1. Предположим, что разрежение перед тягопрерывателем водонагревателя составляет 3Па, поэтому подсос воздуха не учитываем. Основные показатели работы водонагревателя берем из таблицы 23.2 [1]: Q =20,0кВт, .

Рисунок 1 – Схема отвода продуктов сгорания от водонагревателя

2. Рассчитаем охлаждение газа в вертикальном участке присоединительной трубы по формуле:

∆t ₁ = ,

где k – среднее значение коэффициента теплопередачи для стенок дымохода, отнесённое к внутренней поверхности, Вт/(м град) [1];

F  – внутренняя площадь поверхности расчётного участка дымохода, м ;

t  – температура уходящих газов при входе в дымоход, ˚C;

t  – температура воздуха, окружающего дымоход, ˚C, t = 20˚C;

Q  - расход продуктов сгорания через дымоход, м /ч.

Q = Q · V ,

Q  - расчетный расход газа газовым прибором, м /ч;

Q = ,

Q – тепловая нагрузка водонагревателя, кВт;

Q  - низшая теплота сгорания топлива, кДж/м

Q  =  м /ч.

V  - объём влажных продуктов сгорания при заданном α.

V = V^д = 27,58 м³/м³

Q = 1,82 · 27,58 = 50,29 м /ч

l = h₃ = 0,6 м – т.к. вертикальный участок;

k = 4,05 Вт/(м²·град) – коэффициент теплопередачи;

∆t ₁ = ˚C

Температура после вертикального участка равна:

˚C

3. Охлаждение газа в присоединительной трубе длиной l = 2,7 м:

∆t ₂ =

м²

∆t ₂ = ˚C

˚C

4. Охлаждение во внутреннем дымоходе:

.

м².

k = 2,56 Вт/(м град).

∆t ₃ = ˚C.

˚C.

5.1. Охлаждение дымохода на чердаке:

;  

м².

k = 3,37 Вт/(м град).

∆t ₄ = ˚C.

˚C.

5.2. Охлаждение в наружной дымовой трубе:

;  

м².

k = 4,2 Вт/(м град).

∆t ₅ = ˚C.

˚C

 

Температура газов, уходящих из трубы больше температуры точки росы ˚C > ˚C (таблица 23.2 [1]).

 

6. Рассчитываем тягу, создаваемую вертикальным участком соединительной трубы, определяем по формуле:

∆p = 0,0345· H ·( - )· p ,

где ∆p - тяга, создаваемая дымовой трубой, дымоходом или вертикальным участком присоединительной трубы;

H – высота участка, создающего тягу; H = h₃ = 0,6 м;

t - температура наружного воздуха;

t - средняя температура газов на участке;

p - барометрическое давление.

t = .

t =  = 167,09˚C;

p = 99000Па.

∆p = 0,0345 ·0,6·( - )·99000 = 2,34 Па.

Определяем тягу, создаваемую дымоходом

H = h₁+h₂ = 4,0 + 4,0 = 8,0 м;

t =  = 115,21˚C;

p = 99000 Па.

∆p = 0,0345·8,0·( - )·99000 = 22,87 Па.

Σ ∆p = 2,34 + 22,87 = 25,21 Па

 

7. Рассчитываем потери на трение по формуле

∆p = λ ·  ρ ,

где λ – коэффициент трения, принимаемый для кирпичных каналов и труб равным       0,04, для металлических труб – 0,02, для металлических окисленных – 0,04;

l – длина расчётного участка, м;

d – диаметр, м;

υ – скорость уходящих газов, м/с;

ρ - плотность продуктов сгорания, кг/ м ;

t - средняя температура газов на расчётном участке, ˚C.

а) определим потери на трение в присоединительной трубе

λ = 0,04;

l = 2,7 м;

d = 0,1 м;

ρ = 1,26 кг/ м ;

υ = ,

где f – сечение дымохода, м ;

f = .

f =  = 0,0079 м ;

 υ = = 1,78 м/с;

t = .

t =  = 157,77˚C.

∆p = 0,04· · ·1,26·  = 3,40 Па

б) определим потери на трение в дымоходе

λ = 0,04;

l = h₁ + h₂ = 4,0 + 4,0 = 8,0м;

d = 0,19м

ρ = 1,26 кг/ м ;

f = а хb =0,125 · 0,125 = 0,015625 м ;

υ =  = 0,89 м/с;

t =  = 115,21 ˚C;

∆p = 0,04 ·  · · 1,26 ·  = 1,21 Па.

 

8. Рассчитываем потери на местные сопротивления по уравнению

∆p = Σ ζ ·  · ρ · ,

где Σ ζ – сумма коэффициентов местных сопротивлений, включая сопротивление при выходе из трубы.

а) определим потери на местные сопротивления в присоединительных трубах

коэффициенты местных сопротивлений:

- при входе в тягопрерыватель ζ  = 0,5;

- при повороте ζ = 0,9 · 3 = 2,7;

- при входе в кирпичный дымоход ζ = 1,2;

Σ ζ = 0,5 + 2,7 + 1,2 = 4,4

∆p = 4,4 · · 1,26·  = 13,85 Па.

б) определим потери на местные сопротивления в дымоходах

коэффициент сопротивления при выходе ζ = 1,5

∆p = 1,5 · · 1,26·  = 1,07 Па.

9. Определим разрежение перед газовым прибором по формуле

∆p = Σ∆p - (Σ∆p + Σ∆p ).

∆p = 25,21 - [(3,4 + 1,21) + (13,85 + 1,07)] = 25,21 – 19,54 = 5,67 Па.

 

Разрежение превышает минимально необходимое (3 Па), следовательно, дымоход обеспечит нормальную работу водонагревателя. В действительных условиях работы разрежение перед водонагревателем несколько снизится против полученной величины, так как в результате подсоса воздуха через тягопрерыватель уменьшится тяга и увеличится величина потери давления при движении газов в дымоходе.