RU2035665C1

RU2035665C1 - Air heating stove

Info

Publication number: RU2035665C1
Authority: RU
Inventors: Николай Евгеньевич Галич; Валерий Александрович Петрущенков
Original assignee: Николай Евгеньевич Галич; Валерий Александрович Петрущенков
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1995-05-20

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: stove has casing in the form of four separate compartment two of which are located at opposite side walls of combustion chamber and follow contour of identical cross-displaced alternating arc-shsped channels provided on outer surface of combustion chamber; two other compartment are arranged above upper and under lower walls of chamber and are essentially surfaces concave towards chamber; upper compartment of casing is mounted for displacement of its side edges. Distance d from any compartment of casing to arc-shaped surface of heat-exchange channels meets relation d ≅ 2δ, where d is thickness of free-convection boundary layer. EFFECT: improved capacity and efficiency.

Description

Изобретение относится к области энергетики к печам и системам отопления. The invention relates to the field of energy to furnaces and heating systems.

Известна печь для нагрева воздуха, содержащая камеру сгорания, состоящую по крайней мере из двух отсеков, совмещенную с теплообменником, выполненным в виде перекрестно-разведенных чередующихся, идентичных, дугообразных каналов, расположенных на внешней поверхности камеры, систем подачи первичного и вторичного потоков воздуха и кожух. Known furnace for heating air, containing a combustion chamber, consisting of at least two compartments, combined with a heat exchanger made in the form of cross-bored alternating, identical, arcuate channels located on the outer surface of the chamber, the primary and secondary air flow systems and the casing .

Недостатком известного устройства является относительно высокая температура внешней поверхности (кожуха) теплообменника в виде дугообразных каналов и, как следствие, невысокий КПД печи и ограниченная производительность нагретого воздуха. Кроме того, способ реализации теплообменного устройства в виде массивных стальных полых дуг сильно ограничивает расход теплого воздуха, утяжеляет конструкцию и понижает эффективность преобразования энергии сжигаемого топлива в конвективный поток энергии теплого воздуха. A disadvantage of the known device is the relatively high temperature of the outer surface (casing) of the heat exchanger in the form of arcuate channels and, as a result, the low efficiency of the furnace and the limited performance of heated air. In addition, the method of implementing a heat exchanger in the form of massive steel hollow arcs greatly limits the consumption of warm air, makes the design heavier and reduces the efficiency of converting the energy of the burned fuel into the convective energy flow of warm air.

Цель изобретения достижение высокого КПД печи, т.е. высокого коэффициента преобразования радиационной составляющей в конвективную составляющую теплового потока, что обеспечивает значительно большую производительность нагретого воздуха. The purpose of the invention is the achievement of high furnace efficiency, i.e. a high coefficient of conversion of the radiation component into the convective component of the heat flux, which ensures significantly greater productivity of the heated air.

Цель достигается тем, что конструкция печи для нагрева воздуха содержит камеру сгорания, состоящую по крайней мере из двух отсеков, совмещенную с теплообменником, выполненным в виде перекрестно-разведенных чередующихся идентичных дугообразных каналов, распложенных на внешней поверхности камеры, систем подачи первичного и вторичного потоков воздуха и кожух. Кожух выполнен из четырех раздельных секций, две из которых расположены у боковых стенок камеры сгорания и повторяют профили упомянутых каналов, а две другие расположены над верхней и под нижней стенками камеры сгорания и представляют собой вогнутые в сторону камеры поверхности. Верхняя секция кожуха выполнена с возможностью перемещения ее боковых краев. Расстояние d от любой секции кожуха до поверхности дугообразной части теплообменных каналов удовлетворяет соотношению d ≅ 2δ, где δ толщина свободноконвективного пограничного слоя. The goal is achieved in that the design of the furnace for heating air contains a combustion chamber, consisting of at least two compartments, combined with a heat exchanger made in the form of cross-divided alternating identical arcuate channels located on the outer surface of the chamber, the primary and secondary air flow systems and casing. The casing is made of four separate sections, two of which are located at the side walls of the combustion chamber and repeat the profiles of the mentioned channels, and the other two are located above the upper and lower walls of the combustion chamber and are surfaces concave towards the chamber. The upper section of the casing is made with the possibility of moving its lateral edges. The distance d from any section of the casing to the surface of the arcuate part of the heat exchange channels satisfies the relation d ≅ 2δ, where δ is the thickness of the free convective boundary layer.

Предлагаемое конструктивное выполнение кожуха, во-первых, позволяет формировать дополнительные каналы для свбодноконвективного потока нагретого воздуха, тем самым увеличивая эффективную площадь проходного сечения, во-вторых, он усиливает конвекцию в дугообразных каналах теплообменой поверхности, в-третьих, он играет роль дополнительного экрана для теплового излучения и тем самым увеличивает площадь теплообменной поверхности, а также приводит к понижению температуры наружной поверхности печи, что в совокуности и обусловливает повышение как КПД, так и производительности нагретого воздуха. The proposed design of the casing, firstly, allows the formation of additional channels for a free convective flow of heated air, thereby increasing the effective passage area, secondly, it enhances convection in the arcuate channels of the heat exchange surface, and thirdly, it acts as an additional screen for thermal radiation and thereby increases the area of the heat-exchange surface, and also leads to a decrease in the temperature of the outer surface of the furnace, which, together, causes an increase both efficiency and heated air performance.

Необходимость выполнения кожуха в виде четырех раздельных секций обусловлена тем, что именно четыре указанным образом расположенные секции обеспечивают оптимальные условия для подсоса воздуха в кожух снизу и разветвлений линий тока в кожухе, а также для эффективного ускоренного выхода нагретого воздуха сверху при слиянии всех сформированных кожухом линий тока. Указанный характер формируемого кожухом течения воздуха обеспечивает максимальные КПД и производительность при наименьшем гидравлическом сопротивлении воздушных трактов и максимальной теплоотдаче. The need to make the casing in the form of four separate sections is due to the fact that it is precisely the four sections located in this way that provide optimal conditions for the intake of air into the casing from below and the branching of the flow lines in the casing, as well as for the efficient accelerated exit of heated air from above when all the flow lines formed by the casing merge . The indicated nature of the air flow formed by the casing provides maximum efficiency and productivity with the least hydraulic resistance of the air paths and maximum heat transfer.

Необходимость выполнения профиля боковых секций кожуха, повторяющего профили дугообразных каналов, продиктована требованием усиления конвекции в дугообразных каналах теплообменной поверхности и требованием усиления подсоса холодного воздуха снизу в пространстве между дугообразными каналами и боковыми секциями кожуха (эффект кожуха). The need to perform the profile of the side sections of the casing, repeating the profiles of the arcuate channels, is dictated by the requirement to increase convection in the arcuate channels of the heat exchange surface and the requirement to increase the intake of cold air from below in the space between the arcuate channels and side sections of the casing (casing effect).

Необходимость выполнения верхней и нижней секции кожуха в виде вогнутых в сторону камеры сгорания поверхностей связана с естественным требованием формирования каналов с наименьшим гидравлическим сопротивлением для прохождения нагретого воздуха и его ускорения. Вогнутость верхней секции кожуха характеризуется переменным радиусом кривизны. Соотношение максимального и минимального радиусов кривизны для верхней секции кожуха определяется, с одной стороны, радиусом кривизны боковой секции кожуха, а с другой стороны условием оптимизации либо расхода, либо энтальпии потока нагретого воздуха на выходе. Радиус кривизны нижнего кожуха также близок к максимальному радиусу кривизны боковой секции кожуха, а его конкретное значение определяется конструкцией подставки к печи. Верхняя и нижняя секции кожуха должны касаться соответственно верхних и нижних концов дугообразных каналов так, чтобы направление касательной к секции кожуха совпадало с направлением линий тока воздуха. The need to perform the upper and lower sections of the casing in the form of surfaces concave towards the combustion chamber is associated with the natural requirement of forming channels with the least hydraulic resistance for the passage of heated air and its acceleration. The concavity of the upper section of the casing is characterized by a variable radius of curvature. The ratio of the maximum and minimum radii of curvature for the upper section of the casing is determined, on the one hand, by the radius of curvature of the side section of the casing, and on the other hand, by optimizing either the flow rate or the enthalpy of the heated air stream at the outlet. The radius of curvature of the lower casing is also close to the maximum radius of curvature of the side section of the casing, and its specific value is determined by the design of the stand to the furnace. The upper and lower sections of the casing should touch respectively the upper and lower ends of the arcuate channels so that the direction of the tangent to the section of the casing coincides with the direction of the air flow lines.

Таким образом, избранный характер топологии течения обеспечивает максимальную производительность печи, поскольку соответствует естественным направлениям линий тока течения воздуха при естественной конвекции. Двух боковых поверхностей указанного профиля достаточно для проявления эффекта кожуха, одна нижняя поверхность формирует условия для оптимального подсоса воздуха у пола, а верхняя секция кожуха, с одной стороны, способствует снижению потерь при отрывных течениях вблизи верха камеры сгорания, а с другой, обеспечивает оптимальный ускоренный выброс нагретого воздуха в помещение. Thus, the chosen nature of the flow topology ensures maximum furnace productivity, since it corresponds to the natural directions of the flow lines of air flow during natural convection. Two side surfaces of the specified profile are enough for the casing effect to manifest, one lower surface creates conditions for optimal air intake near the floor, and the upper casing section, on the one hand, helps to reduce losses during tear-off flows near the top of the combustion chamber, and on the other, provides optimal accelerated emission of heated air into the room.

Выполнение верхней секции с возможностью перемещения ее боковых краев позволяет регулировать и оптимизировать расход и потоки энтальпии (температуру) нагретого воздуха, обеспечивать маневренность режимов работы печи и достигать необходимых параметров воздуха без вмешательства в процессы горения, в различных климатических и сезонных условиях в зависимости от требований потребителя. Возможность регулирования связана с тем, что максимум расхода воздуха и максимум потока энтальпии в зависимости от положения боковых краев, в общем случае, не совпадают. The implementation of the upper section with the ability to move its side edges allows you to adjust and optimize the flow rate and enthalpy flows (temperature) of the heated air, ensure the maneuverability of the furnace operating modes and achieve the necessary air parameters without interfering with the combustion processes, in various climatic and seasonal conditions, depending on consumer requirements . The possibility of regulation is due to the fact that the maximum air flow and the maximum flow of enthalpy, depending on the position of the side edges, in the general case, do not coincide.

Необходимость выполнения условия того, что расстояние d от любой секции кожуха до поверхности дугообразной части теплообменных каналов удовлетворяет соотношению d ≅ 2δ, где δ толщина свободноконвективного пограничного слоя
δ 4,23

ν кинематическая вязкость, а температуропроводность, β коэффициент термического расширения воздуха, g ускорение свободного падения, (Т_с Т_о) разность температур между нагретой поверхностью и окружающей средой, L высота (диаметр) нагретой поверхности, продиктована тем, что только при этом условии достигается максимальный расход воздуха через кожух и наиболее сильно проявляется усиливающий конвекцию эффект кожуха. Несоблюдение указанного соотношения приводит к уменьшению тяги, понижению производительности печи и КПД. Удаление кожуха на большие расстояние, как и сближение его с теплообменной поверхностью дугообразных каналов вплоть до полного контакта эквивалентно возвращению к прототипу.The need to fulfill the condition that the distance d from any section of the casing to the surface of the arcuate part of the heat exchange channels satisfies the relation d ≅ 2δ, where δ is the thickness of the free convective boundary layer
δ 4.23

ν kinematic viscosity, and thermal diffusivity, β coefficient of thermal expansion of air, g acceleration of gravity, (Т _с Т _о ) temperature difference between the heated surface and the environment, L height (diameter) of the heated surface, is dictated by the fact that only under this condition is achieved maximum air flow through the casing and the casing effect enhancing convection is most strongly manifested. Failure to comply with the specified ratio leads to a decrease in traction, a decrease in furnace productivity and efficiency. Removing the casing over large distances, as well as its rapprochement with the heat exchange surface of the arcuate channels until full contact is equivalent to a return to the prototype.

На фиг. 1 приведена конструкция печи; на фиг.2 линии тока конвективных течений воздуха. In FIG. 1 shows the design of the furnace; figure 2 streamlines convective air flows.

Печь состоит из камеры 1 сгорания, включающей в себя отсеки 2 и 3, теплообменника 4, системы 5 подачи первичного воздуха, системы 6 подачи вторичного воздуха, кожуха 7, состоящего из четырех секций, и механизма 8, обеспечивающего перемещение боковых краев верхней секции кожуха. The furnace consists of a combustion chamber 1, which includes compartments 2 and 3, a heat exchanger 4, a primary air supply system 5, a secondary air supply system 6, a casing 7 consisting of four sections, and a mechanism 8 for moving the side edges of the upper section of the casing.

Печь для нагрева воздуха работает следующим образом. После зажигания топлива в камере 1 сгорания устанавливаются необходимые для поддержания горения положения регулировочных устройств системы 4 подачи первичного воздуха, поступающего в первый отсек камеры 2 сгорания и системы 5 подачи вторичного воздуха, поступающего в отсек камеры 3 сгорания. Нагретый вблизи камеры сгорания воздух, расширяясь, поднимается вверх, что формирует подъемную силу и тягу, обеспечивающую всос холодного воздуха из окружающей среды через нижние отверстия в кожухе 7, его движение в кожухе и выброс через верхние отверстия кожуха теплого воздуха в обогреваемое помещение. Развитая поверхность теплообменник 4 в виде дугообразных каналов формирует естественноконвективный поток как внутри каналов, так и вблизи их внешней по отношению к камере сгорания поверхности. Одновременно обеспечивается и преобразование потока тепла излучением в поток тепла за счет теплопроводности через стенки поперек упомянутых каналов. Внешняя часть теплообменной поверхности, формируемая дугообразными каналами, передает часть тепла излучением на внутреннюю часть кожуха 7 и часть тепла конвекцией за счет движения воздуха между указанной поверхностью и кожухом. Таким образом осуществляется второй этап преобразования потоков тепловой энергии. Заключительная стадия процесса производства теплового воздуха связана с выбросом энергии нагретого воздуха из кожуха в помещение, а также из конвективного пограничного слоя на внешних поверхностях боковых и верхней секций кожуха 7 в помещение. Боковые края верхней секции кожуха устанавливаются с помощью механизма 8 перемещения в то положение, которое обеспечивает необходимые режимные параметры воздуха расход и температуру. The furnace for heating air works as follows. After ignition of the fuel in the combustion chamber 1, the necessary adjustments of the adjusting devices of the primary air supply system 4 entering the first compartment of the combustion chamber 2 and the secondary air supply system 5 entering the compartment of the combustion chamber 3 are set to maintain combustion. The air heated near the combustion chamber, expanding, rises up, which forms a lifting force and traction that ensures the suction of cold air from the environment through the lower openings in the casing 7, its movement in the casing and the release of warm air through the upper openings of the casing into the heated room. The developed surface of the heat exchanger 4 in the form of arcuate channels forms a natural convective flow both inside the channels and near their surface external to the combustion chamber. At the same time, the conversion of heat flux by radiation into heat flux due to thermal conductivity through the walls across the mentioned channels is also provided. The outer part of the heat exchange surface formed by the arcuate channels transfers part of the heat by radiation to the inner part of the casing 7 and part of the heat by convection due to the movement of air between the specified surface and the casing. Thus, the second stage of the conversion of thermal energy flows is carried out. The final stage of the thermal air production process is associated with the release of heated air energy from the casing into the room, as well as from the convective boundary layer on the outer surfaces of the side and upper sections of the casing 7 into the room. The lateral edges of the upper section of the casing are installed using the mechanism 8 of the movement in the position that provides the necessary operational parameters of the air flow and temperature.

П р и м е р. Номинальная мощность изготовленной печи, предназначенной для обогрева помещения объемом 100 150 м³, равнялась 1,5 кВт. Номинальная мощность печи зависит от вида топлива. При сжигании березовых дров номинальная мощность равна 1,5 кВт, а при сжигании лучших сортов угля до 4,5 кВт.PRI me R. The rated power of the manufactured furnace, designed to heat a room with a volume of 100 150 m ³ , was 1.5 kW. The rated power of the furnace depends on the type of fuel. When burning birch firewood, the rated power is 1.5 kW, and when burning the best grades of coal, up to 4.5 kW.

Камера сгорания 1, состоящая из двух отсеков 2 и 3, представляла собой круглый горизонтальный цилиндр с внутренним диаметром 300 мм, длиной 600 мм и толщиной стенок 1,5 мм, разделенный внутри плоским листом длиной 300 и шириной 275 мм. Поверх камеры сгорания было одето теплообменное устройство 2, выполненное в виде дугообразных каналов, причем использовались два варианта изготовления каналов перфорированный с внешней стороны и неперфорированный. Дугообразные каналы имели площадь сечения 50 х 50 мм², толщина стенок канала 1 мм. Перфорированный вариант изготовления дугообразных каналов усиливает подсос воздуха в канал за счет эффекта центрифугирования более холодного воздуха в зазор между дугообразными каналами и кожухом. Этот же эффект обеспечивает усиление тяги и перемешивание потока в упомянутом зазоре, что повышает производительность теплого воздуха, теплоотдачу камеры сгорания и понижает температуру ее стенок по сравнению с неперфорированным вариантом. При выполнении кожуха была предусмотрена возможность его перемещения как каждой секции в отдельности, так и изменения периметра и формы, что достигалось с помощью гибкой механической системы, состоящей из спиц и соединяющих их кронштейнов переменной длины, обеспечивающих необходимые вращательно-поступательные перемещения образующих секций кожуха и их фиксацию на торцевых поверхностях печи. Верхняя секция кожуха выполнена с возможностью перемещения ее краев, обеспечиваемой щелевым и болтовым соединением 6 во входном и выходном торцах печи. Торцовые концы секций кожухов плотно прижимались к торцовым стенкам печи с помощью болтовых соединений. В экспериментах ширина зазора изменялась от 0 до 80 мм. Радиус кривизны нижней секции кожуха в центральной части равнялся 500 мм. Для верхней секции радиус кривизны в центральной части зависел от положения краев секции и изменялся от 500 до 1000 мм. Ширина входного отверстия кожуха равнялась 80 мм, а выходного отверстия изменялась от 30 до 80 мм. В дверце камеры сгорания 1 предусмотрена регулируемая система подачи 3 первичного воздуха. Регулируемая система подачи 6 вторичного воздуха размещена в верхней части четырехсекционного кожуха 7 и имеет два боковых разветвляющихся канала для подсоса воздуха в выходной части камеры сгорания и два боковых разветвляющихся канала с регулируемыми сечениями при входе вторичного воздуха в камеру сгорания.The combustion chamber 1, consisting of two compartments 2 and 3, was a circular horizontal cylinder with an inner diameter of 300 mm, a length of 600 mm and a wall thickness of 1.5 mm, divided inside by a flat sheet of 300 length and 275 mm wide. On top of the combustion chamber, a heat exchanger 2 was made, made in the form of arcuate channels, and two options for manufacturing the channels, perforated from the outside and non-perforated, were used. Arcuate channels had a cross-sectional area of 50 x 50 mm ² and a channel wall thickness of 1 mm. The perforated version of the manufacture of arcuate channels enhances the intake of air into the channel due to the effect of centrifugation of colder air into the gap between the arcuate channels and the casing. The same effect provides increased traction and mixing of the flow in the aforementioned gap, which increases the productivity of warm air, the heat transfer of the combustion chamber and lowers the temperature of its walls in comparison with the non-perforated version. When performing the casing, it was possible to move it as each section individually, and to change the perimeter and shape, which was achieved using a flexible mechanical system consisting of spokes and connecting brackets of variable length that provide the necessary rotational-translational movements of the forming sections of the casing and their fixation on the end surfaces of the furnace. The upper section of the casing is made with the possibility of moving its edges, provided by the slotted and bolted connection 6 in the input and output ends of the furnace. The end ends of the sections of the casings were tightly pressed against the end walls of the furnace using bolted joints. In the experiments, the gap width varied from 0 to 80 mm. The radius of curvature of the lower section of the casing in the central part was 500 mm. For the upper section, the radius of curvature in the central part depended on the position of the edges of the section and varied from 500 to 1000 mm. The width of the casing inlet was 80 mm, and the outlet opening was varied from 30 to 80 mm. In the door of the combustion chamber 1 an adjustable supply system 3 of primary air is provided. An adjustable secondary air supply system 6 is located in the upper part of the four-section casing 7 and has two lateral branching channels for air intake in the exhaust part of the combustion chamber and two lateral branching channels with adjustable sections at the entrance of the secondary air into the combustion chamber.

С целью получения эксплуатационных характеристик печи, необходимых для расчета конструктивных параметров, мощностных характеристик и оценки термоупругих напряжений в камере сгорания были проведены измерения ряда параметров. В процессе эксперимента осуществлялся контроль температур на наружной поверхности камеры сгорания в 6 характерных точках, температуры воздуха на входе и на выходе из кожуха в 12 характерных точках, температуры боковых и верхних секций кожуха в 3 характерных точках, температуры вторичного воздуха и уходящих дымовых газов. Измерения температуры осуществлялись медь-константовыми термопарами и контролировались цифровым вольтметром В7-23. В отдельных случаях температура воздуха измерялась ртутными термометрами. Холодные спаи термопар располагались в помещении вблизи входной части кожуха. Температура воздуха в помещении измерялась ртутным термометром. Измерения атмосферного давления проводились барометро-анероидом. Расход воздуха через кожух и системы подачи первичного и вторичного воздуха измерялся термоанемомтерическим датчиком при наличии и в отсутствие плоских и круглых расходомерных сопел. Чувствительным элементом датчика являлся терморезистор СТЗ-14. Контроль за расходом и профилем скорости, а также их в пульсациями осуществлялся во входных сечениях в кожух, в камеру сгорания и в систему подачи вторичного воздуха в режиме стабилизации термоанемометра по току. Тарировка термоанемометра проводилась на стенде ЛПИ, представляющем собой микроманометр МКВ-250 кл. 0,02 и "Honеycomb" с профилированным по рецепту фирмы "DISA" каналов и малорасходным компрессором, расположенным на выходе из узкой части канала. In order to obtain the operational characteristics of the furnace necessary for calculating the design parameters, power characteristics and evaluating thermoelastic stresses in the combustion chamber, a number of parameters were measured. During the experiment, the temperature on the outer surface of the combustion chamber was controlled at 6 characteristic points, the air temperature at the inlet and outlet of the casing at 12 characteristic points, the temperature of the side and upper sections of the casing at 3 characteristic points, the temperature of the secondary air and flue gases. Temperature measurements were carried out with copper-constant thermocouples and controlled by a digital voltmeter V7-23. In some cases, air temperature was measured with mercury thermometers. Cold junctions of thermocouples were located indoors near the entrance of the casing. The room temperature was measured with a mercury thermometer. Measurements of atmospheric pressure were carried out by a barometer-aneroid. Air flow through the casing and the primary and secondary air supply systems was measured by a hot-wire anemometer in the presence and absence of flat and round flow nozzles. The sensitive element of the sensor was the STZ-14 thermistor. The flow rate and the velocity profile, as well as their pulsations, were controlled in the inlet sections into the casing, into the combustion chamber, and into the secondary air supply system in the mode of stabilization of the hot-wire anemometer by current. Calibration of the hot-wire anemometer was carried out at the LPI stand, which is a MKV-250 class micromanometer. 0.02 and Honycomb with profiled channels according to the prescription of DISA company and a low-consumption compressor located at the exit from the narrow part of the channel.

В качестве топлива в печи использовались березовые и осиновые дрова, уголь, древесные отходы, торф. Для установления зависимости производительности и других параметров работы печи в зависимости от мощности тепловыделения в камере сгорания испытывался электрический вариант печи. При этом тепловыделяющим элементом являлась спираль из нихромовой проволоки диаметром 1 мм длиной до 30 м. Нихромовая проволока наматывалась на асбестоцементную трубу диаметром 114 мм, длиной 580 мм. Нагревательный элемент размещался вдоль оси камеры сгорания с помощью крепежных устройств. Напряжение и ток в нагревательном элементе регулировались и контролировались с помощью стрелочного универсального измерительного прибора Ц-4317 и стрелочного амперметра 0,5 класса точности с трансформатором тока И-515. Для регулировки напряжений и тока использовались реостат и автотрансформатор РНО-250-5. Напряжения подавались от распределительного щита ЩС N 2 380/220. Мощность тепловыделения изменялась от 200 до 7000 Вт. Были проведены различные серии экспериментов, представляющие более 500 режимов работы печи при различных условиях и геометрических параметрах и разных формах кожуха. В отдельных сериях экспериментов использовались латунные теплообменные поверхности дугообразных каналов и кожуха, что позволило выявить вклад теплопроводностной составляющей в перенос тепла в теплообменных каналах. Для выяснения характера и особенностей течения воздуха проводилась визуализация потока с помощью дыма, запускаемого в разных местах воздушных трактов. Качественная картина основных особенностей линий тока представлена на фиг.2, где ввиду симметрии течения приводится лишь половина линий тока. Наблюдения показали, что интенсивность вихревых трубок и трубок тока и их взаимодействие зависят от режимных и геометрических параметров работы печи. В целом, топология течения остается неизменной, что обусловливает устойчивость работы устройства. Birch and aspen firewood, coal, wood waste, and peat were used as fuel in the furnace. To establish the dependence of productivity and other parameters of the furnace, depending on the power of heat in the combustion chamber, we tested the electric version of the furnace. In this case, the heat-generating element was a spiral of nichrome wire with a diameter of 1 mm up to 30 m long. A nichrome wire was wound around an asbestos-cement pipe with a diameter of 114 mm and a length of 580 mm. The heating element was placed along the axis of the combustion chamber using fasteners. The voltage and current in the heating element were regulated and monitored with the help of a universal measuring instrument Ts-4317 and a precision ammeter 0.5 accuracy class with a current transformer I-515. To adjust the voltage and current, a rheostat and an autotransformer RNO-250-5 were used. Stresses were supplied from the switchboard ЩС N 2 380/220. The heat dissipation power varied from 200 to 7000 watts. Various series of experiments were carried out, representing more than 500 modes of operation of the furnace under various conditions and geometric parameters and various forms of the casing. In some series of experiments, brass heat exchange surfaces of the arcuate channels and the casing were used, which made it possible to reveal the contribution of the heat conductive component to the heat transfer in the heat exchange channels. To clarify the nature and characteristics of the air flow, the flow was visualized using smoke launched in different places of the air ducts. A qualitative picture of the main features of streamlines is shown in FIG. 2, where, due to the symmetry of the flow, only half of the streamlines are given. Observations showed that the intensity of the vortex tubes and current tubes and their interaction depend on the operating and geometric parameters of the furnace. In general, the flow topology remains unchanged, which determines the stability of the device.

Claims

FURNACE FOR HEATING AIR, containing a combustion chamber, consisting of at least two compartments, combined with a heat exchanger made in the form of cross-bored alternating, identical, arcuate channels located on the outer surface of the chamber, the primary and secondary air flow supply system, characterized in that it is equipped with a casing made in the form of four separate sections, two of which are located at opposite side walls of the combustion chamber and repeat the profile of the arcuate channels, and two others located above the upper and lower walls of the combustion chamber and are surfaces concave toward the chamber, the upper section of the casing being able to move its lateral edges, and the distance d from any section of the casing to the surface of the arcuate part of the heat exchange channels satisfies the ratio d≅2δ, where δ the thickness of the free convective boundary layer.