جریان طبیعی و شومینه

جریان هوایی یا گازها از یک نقطه به نقطه دیگر در سیستم بخاری به دلیل تفاوت فشار ایجاد می‌شود. در سیستم بخاری، نیاز به جریان هوایی عمدتاً به دو دلیل است.

1. فراهم کردن هوای کافی برای تکمیل احتراق.

2. حذف گازهای دودکش پس از احتراق و تبادل حرارتی.

دو نوع جریان هوایی در سیستم بخاری اعمال می‌شود.

1. جریان هوایی طبیعی

2. جریان هوایی اجباری

در این مقاله به جریان هوایی طبیعی خواهیم پرداخت. جریان هوایی طبیعی همیشه ترجیح داده می‌شود زیرا هزینه عملیاتی ندارد، اگرچه هزینه اولیه بالایی دارد. جریان هوایی طبیعی اجازه می‌دهد تا هوا به طور طبیعی از طریق سیستم بخاری جریان یابد. جریان هوایی طبیعی عمدتاً به ارتفاع دودکش بستگی دارد.

سعی می‌کنیم ارتفاع لازم دودکش برای جریان هوایی طبیعی مورد نیاز در یک سیستم بخاری را محاسبه کنیم. برای این کار، باید از دو معادله اساسی فشار گازی عبور کنیم. این معادلات عبارتند از

که در آن، "P" فشار هوا یا گاز، "ρ" چگالی هوا یا گاز، "g" ثابت گرانشی و "h" ارتفاع سر است.

در اینجا "V" حجم هوا یا گاز، "m" جرم گاز یا هوا، "T" دما به صورت کلوین و "R" ثابت گاز است.
معادله (2) می‌تواند به صورت زیر بازنویسی شود

در فرآیند احتراق در فورن، عمدتاً کربن با اکسیژن (O2) هوا واکنش داده و دی‌اکسید کربن (CO2) تشکیل می‌دهد. حجم کربن جامد نسبت به هوا مورد نیاز برای واکنش قابل چشم‌پوشی است. بنابراین، می‌توان فرض کرد که حجم هوا مورد نیاز برای احتراق دقیقاً برابر با حجم گازهای دودکش بعد از احتراق است اگر دما قبل و بعد از احتراق یکسان باشد. اما این وضعیت واقعی نیست. هوا که وارد کمره احتراق می‌شود، پس از احتراق به دلیل دمای احتراق حجم اضافه می‌گیرد. حجم اضافه هوا برابر با حجم گازهای دودکش بعد از احتراق خواهد بود.

فرض کنید ρo چگالی هوا در 0oC یا 273 K است و آن را To بنامید.
در اینجا P فشار هوا در 0oC یا 273 K است، یعنی در To K.
اگر فشار P ثابت بماند، رابطه بین چگالی و دما از هوا یا گازها می‌تواند به صورت زیر نوشته شود،

که در آن ρa و ρg چگالی هوا در دماهای Ta و Tg K به ترتیب هستند.

از معادلات (1) و (5) می‌توانیم فشار در نقطه "a" خارج دودکش را به صورت زیر بنویسیم

حجم هوا در دمای Tg خواهد بود

فرض کنید m کیلوگرم هوا برای سوزاندن 1 کیلوگرم کربن مورد نیاز است، در این صورت چگالی گازهای دودکش خواهد بود

فشار گازهای دودکش داخل دودکش از معادلات (1) و (8)، خواهد بود

تفاوت فشار بین خارج و داخل دودکش از معادلات (6) و (9) خواهد بود

در اینجا "h" حداقل ارتفاع دودکش برای جریان هوایی ΔP است. گازهای دودکش به دلیل این تفاوت فشار به طور بالا از طریق دودکش جریان می‌یابند. بنابراین، با محاسبه این تفاوت فشار می‌توان ارتفاع تقریبی دودکش را محاسبه کرد. تفاوت فشار می‌تواند به عنوان یک فرمول برای محاسبه ارتفاع دودکش برای جریان هوایی طبیعی نمایش داده شود.

Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.