Передача тепла

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

Передача тепла в паровозной топке может происходить двумя путями: лучеиспусканием (радиацией) и соприкосновением (конвекцией). Между ними есть различие. Чтобы понять его, приведём такие примеры.

Каждый из нас не раз ощущал действие тепловых лучей яркого летнего солнца, хотя солнце отделено от земли огромнымпространством. Нагревательная спираль обычной электрической плитки точно так же излучает тепловые лучи, которые мы ощущаем, когда включим ток.

Свойством испускать лучи обладают не только раскалённые тела, но и тела, нагретые до любой температуры, например стенки тёплой печи, поверхности труб отопления, по которым пропускается горячая вода или пар. Подобных примеров можно привести много.

Передача тепла лучами на расстояние носит название теплопередачи лучеиспусканием (радиацией).

Чтобы яснее представить перенос тепла конвекцией, достаточно опустить руку в поток слегка нагретой жидкости или газа, как мы сразу же ощутим приток теплоты. Такой способ распространения теплоты путём непосредственного действия нагретых частиц вещества при их движении называется конвекцией. Примером передачи тепла конвекцией может служить также движение воздуха в комнате от батареи парового отопления к холодному окну.

В топке паровоза теплопередача лучеиспусканием (радиацией) является основной; почти девять десятых всего количества тепла в пределах огневой коробки передаётся лучеиспусканием. Источником лучистой энергии здесь служат раскалённый слой угля, раскалённые газы (пламя), а также свод, нагретый до высокой температуры.

Указанные источники излучают во все стороны топки тепловые лучи, тепло которых поглощается менее нагретыми стенками огневой коробки и через них передаётся воде, омывающей стенки.

Кроме передачи лучеиспусканием, небольшая доля тепла передаётся воде конвекцией. Отдав значительную часть тепла в топке, горячие газы мощным потоком устремляются из огневой коробки в жаровые и дымогарные трубы. Здесь процесс переноса тепла продолжается, но он носит иной характер: место лучеиспускания занимает главным образом конвекция, т. е. отдача тепла стенкам труб движущимися газами.

Количество тепла, передающееся воде через каждый квадратный метр поверхности труб, много меньше того, которое передаётся через ту же площадь стенок топки. Каждый квадратный метр поверхности труб поглощает тепла в 8—10 раз меньше, чем каждый квадратный метр поверхности нагрева огневой коробки. Именно этим и объясняется тот факт, что топка приготовляет больше половины всего количества пара, получаемого в котле, хотя её поверхность примерно в 10 раз меньше испаряющей поверхности всех жаровых и дымогарных труб.

Итак, теплопередача в котле осуществляется одновременно двумя способами; в топке основной вид теплопередачи — лучеиспускание, в жаровых и дымогарных трубах — конвекция. Передача тепла воде через стенки огневой коробки и труб возможна благодаря теплопроводности металла (фиг. 41). Внутри металлической стенки тепло непрерывно «течёт» от более нагретых частиц металла к менее нагретым и далее к воде, находящейся в котле.

Теория теплопередачи в топке и в трубах котла является одной из сложных областей паровозной теплотехники. Ещё совсем недавно — три десятка лет назад — ряд вопросов из этой области был слабо изучен. Советские учёные — академик С. П. Сыромятников, проф. Н. И. Бело-конь, проф. П. К. Конаков и др.—вскрыли и научно объяснили многие важные явления теплопередачи в паровозном котле.

Всё же некоторые вопросы, касающиеся теплового расчёта котла паровоза, недостаточно изучены.

⇐ | 2. Процесс горения | | Как устроен и работает паровоз | | 4. Испарение | ⇒