Пульсации горения в дровяных печах

В связи с продолжающимися обсуждениями процессов неустойчивости горения дровяных печей, счел целесообразным открыть небольшую отдельную тему, в которой можно было бы собирать ссылки на наблюдавшиеся процессы пульсации при горении дров.

=
Дрова в закладке /в костре/ горят в «микротопках» между поленьями, где одно полено греет другое. В этих микротопках зарождаются пламена, которые, всплывая за счет архимедовых сил, могут вырываться за пределы закладки в виде «языков огня» над дровами /факелов горящих горючих газов/.

Физическая суть неустойчивости горения дров в закладке заключается в том, что повышение расхода воздуха в микротопке между горящими поленьями приводит к разогреву обугленных поверхностей поленьев и к повышению выхода летучих из полена. В результате сопротивление микротопки повышается, расход воздуха через нее снижается. Воздух начинает идти через соседнюю микротопку, которая тоже раскаляется и тоже «запирается». Таким образом, пламя все все время скачет из одной микротопки в другую.

Процесс приобретает нежелательные последствия, если потоки воздуха и летучих являются встречными. Так, в подовых печах при подаче воздуха острой струей под дрова возникает встречный поток летучих /и дыма/, который не только "запирает" микротопку для воздуха, но и может вырываться из топливника через воздухозаборные отверстия.

Явление упомянуто в книгах САУНА и ДАЧНЫЕ БАНИ И ПЕЧИ, было условно названо «разгоном печи»
http://gornilo.ru/07art-h/aHo1.htm#Hoshev1
http://kirpichiki.pro/libs.html

=
Пульсации сейчас обсуждаются http://forum.rusbani.ru/viewtopic.php?t=8735&postdays=0&postorder=asc&start=20
Здесь необходимо предотвратить острую струю воздуха под горящие дрова уменьшением разрежения в топливнике /прикрытием задвижки на трубе/. А лучше установкой рассекателя любого типа /как в Булерьянах/. Или временно распахнуть дверку печи /до сокращения выхода летучих из дров/. Или ограничить расход воздуха чрез воздухозаборное отверстие.
=
Пульсации также наблюдались:
https://www.forumhouse.ru/threads/190207/page-3
http://www.stroiteli.info/showthread.php?t=3908

 

Вот вам еще в копилочку ...http://stovemaster.msk.ru/?p=407

 

Спасибо, Евгений Викторович! Убедительно.

Расскажите, пожалуйста, поподробней о том, что Вы наблюдали. И как Вы установили механизм дребезга?

Интересно, а частота этого дребезга на самом деле повышается с увеличением тяги трубы, как это было отмечено на Русбанях?

P. S. Я ведь изложил свою давнишнюю гипотезу, которая может быть неточной или неполной.

 

вот со слов "тихо, тихо..." и установили ...

 

Еще очень важный фактор неустойчивости горения - влажность древесины, т. к. при горении наряду с выделением горючих веществ происходит и испарение влаги. Если взять абсолютно сухую древесину и нагреть ее без доступа воздуха, то общий тепловой баланс будет слегка экзотермичным, примерно до 300С - эндотерма (подвод тепла извне), свыше - экзотерма (выделение тепла). Парообразование водяного пара, естественно очень эндотермично (требует подвода тепла извне). Это в дополнение к вышеизложенным явлениям.

Отсюда вывод - чем более сухие дрова, тем более плавное горение. При сырых дровах вообще возможно затухание костра/топки. Это очень хорошо видно, если взять отходы столярного производства - в костре они горят практически как спичка - практически ровное пламя.

 

Вы сегодня кратки до элегантности. За ссылочку спасибо. Посмотрел и не совсем согласный я с Вашими соображениями.

Ну скачет пламя из микротопки в микротопку и что ? Сдается мне что не докрутили Вы свою идею до конца. По вашему получается, что одной микротопке что то затухло, в другой разгорелось... Мне кажется что механизм пульсаций в топке несколько иной. Звук издают микровзрывы ... Т. е в каких то облстях топки (пусть будет в микротопках) нарушаются условия воспламенения смеси. Причины могут быть разные... но в основном они связаны с плохим смесеобразованием с воздухом. На короткое время пламя в МТ пропадает, но она продолжается заполняться ПГ и воздуохом и к какой то момент происходит объемный взрыв, точнее микровзрыв. Взрывная волна гасит микротопку и она снова заполняется смесью до следующего цикла. Вы когда нибудь видели как работает Пульсирующий Реактивный Воздушный Двигатель (ПУРВД) ? Там механизм очень похожий и звук от взрывов в камере сгорания соответсующий. В печи наблюдаются такие микровзрывы при большой скорости потока газов (сильной тяге). Мне кажется что плямя просто сдувает из микротопок и нарушаются условия сгорания. Не зря же печники стараются при таком эффекте ограничить поток газов. И если это так ... То как вы думаете ... если мы задросселерируем поток портом, то микровзрывы прекратятся?

 

Давно было, но мне кажется, что я это "скакание" упомянул в связи с неустойчивостью пламен в дровяной закладке. Ну а звук хлопков издают действительно микровзрывы, наверно... Это наверно как переход от дизеля со струей к бензиновому двигателя с зажиганием.
Кроме пульсирующих двигателей Фау-1 есть и пульсирующие котлы ПВ-100. Они хороши тем, что процесс горения можно организовать при альфа единица.
1б.

Я напрямую столкнулся с хлопками при подаче воздуха по поду под дрова. Печь шла в разгон, пламена рвались в трубу и появлялись хлопки дыма из всех щелей. Стоило только поставить барьерчик для воздуха, так тотчас все прекращалось.

Поскольку со стуком пламен в виде низкочастотного рева реактивного двигателя я сталкивался еще в 70-х, то предположения были в неравномерности подачи горючего (в момент воспламенения в жаровой камере форсунки запирались) особенно при противотоке. Сейчас этот "рев" переводят в высокочастотный неслышимый диапазон или специальной системой подачи керосина, не знаю.

Все это я подробно описывал в трех книжках и всюду несколько по-разному (вот отрывок, например, кто-то содрал http://www.warmfires.ru/study-1038-12.html). Так что окончательный вариант объяснения явления за Вами.

Если это не относится к дымлениям печи, то есть предложение продублировать Ваши сообщения в той теме Форумхауза, чтобы сохранялась хоть какая-то система. А то все в этом интернете теряется. и интересующимися не находится.

 

В предыдущих сообщениях (из-за пересылки) получилось что-то не так - исчез автор "Vladimir-spb"

 

Я представлял себе так. Это скорее не объемные взрывы (распространения пламен по готовой смеси газа с воздухом), а хлопки как при зажигании спичкой струи газа в кухонной варочной газовой плите. То есть воспламеняется граница струи газа с окружающим воздухом, образуя горящую оболочку языка пламени (диффузионного) и локально повышая давление в среде. Теперь представим себе появление случайной начальной пульсации (флуктуации по-научному), например, в форме секундного прекращения (снижения) подачи воздуха. Тогда горячие дрова продолжают газить, заполняя струями пирогаза топливник. А с появлением-возобновлением воздуха эти струи пирогаза воспламеняются и дают хлопок. Этот хлопок повышает давление в топке и перекрывает подачу воздуха через воздухозаборные отверстия. Но дрова газят. Потом избыток давления уходит в трубу, начинает поступать воздух, и вновь раздается хлопок. Получается непрерывная "пулеметная" очередь (кстати, где то была спецтема про эти "очереди", теперь уж не найти).
Для этого процесса требуются многие факторы - недостаточная скорость подачи воздуха (по Селивану), развитое пламенное горение в узилищах между горящими поленьями (в микротопках), а главное наличие встречных потоков воздуха и пирогазов. В колосниковых топках я хлопки не получал. А в буржуйке АТ-5 у меня была острая струя воздуха под дрова, и оттуда мощно пыхтело. Но если отводил струю воздуха вверх (например, преградой-заборчиком на поде), то эффект исчезал (как и при открытии дверки топки).

*Явления в микротопках (где альфа меньше единицы) видны глазами. Но ракетчиков почему-то они не интересуют, хотя ракетчики все время говорят о топливниках как газогенераторах. И в результате разбираются в вопросах слабо.

Евротерминология появилась, видимо, лет десять назад в Норвегии в процессе университетской науки "по эмиссии" (печным выбросам) по заказу фирмы Ютул (ссылка есть в моей книжке). Дымовые газы состояли из газовой фазы (азота, СО2, СО, окиси азота, газообразных пирогазов EGC и т. д.) и конденсированной фазы (дыма по-нашему), осаждаемой на фильтре (сажи - элементарного углерода ЕС и аэрозоля масел и смол - органического углерода ОС). Оказалось, что очень много EGC превращалось в ОС при фильтрации выхлопа из трубы через специально охлаждаемый фильтр. Это постепенно повлияло на европонятия, и с введением евронорм на дымление появились наверно и иные термины, которых я уже не знаю - не слежу (например "черного углерода").
Так что СО - это не органический углерод.

 

Часто наблюдаемое явление пыхтения при падении холодного свежего воздуха на пламена в дровяной печи

 

Мы про взрывы, про пожары
Сочиняли ноту ТАСС,
Тут примчались санитары
Зафиксировали нас. © В. С. Высоцкий.
Попробую без санитаров.
Это не взрывы, это образование и срыв вихрей на тех или иных границах имеющихся в топке.
При росте вихря растёт и сопротивление движению газа, а при его срыве сопротивление резко падает.
С этой проблемой сталкивались энергетики в виде схлёстывания раскачивающихся на ветру проводов воздушных линий электропередач.
И проблема имеет простое решение - не допускать образования больших вихрей путём инициирования малых вихрей, которые своим срывом вызывают и срыв тех больших вихрей, способных в противном случае расти и дальше и вызывать раскачку проводов и их схлёстывание.
Пойдите к любой высоковольтной линии, и вы обнаружите висящую на проводах недалеко от опоры гантель - именно не ней образуются небольшие вихри, которые своим срывом дёргают провода и вызывают срыв вихря, образовавшегося на всём длинном проводе меж опор, который при своём росте вызывал бы сильное отклонение и раскачку провода.
И любая преграда (хорошо если ещё и зубчатая) изменяет условия существования вихрей в пламени и сглаживает его поведение, устраняя эти хлопки.

 

Опишу процессы происходящие при пульсирующем горении на примере устройства для сжигания отр. масел в печи. Устройство представляет собой металлическую трубу заглушенную с двух сторон и двумя отверстиями. (Опыты с устройством не проводить, так как для безопасного сжигания требуются дополнительные конструктивные условия) Данное устройство показано только для объяснения пульсирующего горения.
рис. 1г Первый этап. Горение с поступлением окислителя.
рис 2г. Далее расширение горения с выгоранием окислителя и выбросом продуктов горения.
рис. 3г Схлопывание горения и поступление окислителя, переход в первый этап горения и т. д по кругу.

 

Мои пять копеек. Буба. В центре выжженный кратер углей. При продувке воздухом раскаляются и выдавливают пирогазы из целлюлозы. В какой то момент происходит воспламенение по объему, температурное расширение ДГ отжимает воздух от углей. Они притухают. Воздух снова начинает их продувать. И по циклу на частоте резонанса подающей воздух трубы и окружения. В фазе углей эффект пропадает.

 

В топке моей печи, эта "зубчатая преграда "(фрагмент чугунного экономайзера),делит факел на 24 .."микротопки",подмешивая в каждый из них горячий ВВ (перед оборотом в камеру дожига)