Надёжная работа парового котла возможна при условии непрерывного отвода теплоты, передаваемой газами поверхности нагрева. Теплота отводится нагреваемой средой, т.е. водой, паром или пароводяной смесью. Хороший отвод теплоты нагреваемой средой обеспечивается при правильной организации циркуляции.

Циркуляция – многократное движение воды по замкнутому контуру.

Контур циркуляции – замкнутая система непрерывного движения воды и пароводяной смеси по трубам, подключённым к паровому и водяным коллекторам котла.

Непрерывное движение воды и пароводяной смеси в циркуляционном контуре водотрубного котла осуществляется вследствие разности их плотностей (естественная циркуляция ) или с помощью циркуляционных насосов (принудительная циркуляция ).

Контуры циркуляции бывают независимыми и смешанными . У независимого контура циркуляции опускные трубы обслуживают только свой контур, а у смешанного – опускные трубы питают водой подъёмные трубы нескольких контуров.

В водотрубном паровом котле (рис. 6.1) вода из пароводяного коллектора 4 по опускным трубам 2 и 5 , наиболее удалённым от топки и получающим меньше теплоты, поступает в водяные коллекторы 1 и 7 . Опускные трубы 5 являются обогреваемыми, 2 – необогреваемыми. Первые получают теплоту, идущую на подогрев воды, а вторые теплоту практически не получают. Трубы 6 конвективного пучка и трубы 3 экрана, воспринимающие больше теплоты, являются подъёмными – по ним движется в коллектор 4 образующаяся пароводяная смесь. В пароводяном коллекторе происходит разделение пара и воды, смешение питательной воды с котловой и организация поступления воды в опускные трубы. У большинства котлов все конвективные пучки труб подъёмные, а опускные необогреваемые трубы размещаются за первым рядом бокового экрана или в воздушных коробах фронта котла, т.е. вне топки.

Во вспомогательном огнетрубном котле и утилизационном газотрубном котле, относящихся к котлам с неорганизованной циркуляцией, процесс циркуляции осуществляется благодаря восходящим потокам на участках поверхностей нагрева наиболее обогреваемых и нисходящим потокам – на необогреваемых или слабообогреваемых участках.

Расход воды через циркуляционный контур превышает количество образующегося в нём пара.

Кратность циркуляции – отношение расхода циркулирующей воды к паропроизводительности контура:

Кратность циркуляции показывает, сколько раз должна пройти по контуру определённая масса воды, чтобы полностью превратиться в пар.

k ц = 20 – 70 в ГК

k ц = 20 – 40 в ВК

k ц = 2 – 10 в УК с принудительной циркуляцией.

Движущий напор циркуляции – разность масс столбов воды и пароводяной смеси соответственно в опускных и подъёмных трубах контура.

Высота подъёмной трубы складывается из экономайзерного участка h э (рис. 6.2), в котором вода, поступающая из водяного коллектора, доводится до кипения, и участка h п, называемого высотой паросодержащей части. На участке h п происходит парообразование и восходящее движение пароводяной смеси. Движущий напор зависит от высоты паросодержащей части и разности плотностей воды и пароводяной смеси, находящихся практически при одинаковой температуре.

Полезный напор циркуляции – разность между значениями движущего напора и сопротивлений движению в подъёмных трубах.

Скорость циркуляции – скорость входа воды в подъёмные трубы контура [т/ч]. В зависимости от расположения пучков труб по отношению к источнику теплоты значения скорости циркуляции составляют 0,3 – 1,5 м/с.

Застой циркуляции – замедление или прекращение движения пароводяной смеси вверх. Это явление возникает в случае неравномерного обогрева или загрязнения парообразующих труб, расположенных в одном ряду. При застое циркуляции в менее нагретых трубах образуется свободный уровень воды. По участку труб, расположенному выше свободного уровня, будет медленно двигаться пар, а не пароводяная смесь. Нормального отвода теплоты от стенки обогреваемой трубы не будет и произойдёт аварийный перегрев металла.

Опрокидывание циркуляции – явление, при котором в подъёмных трубах, получающих по сравнению с другими трубами ряда меньше теплоты, происходит выделение пара и его подъём с одновременным опусканием воды. Причины и последствия опрокидывания те же, что и при застое циркуляции.

В горизонтальных трубах и трубах с небольшим уклоном к горизонту возможно расслоение пароводяной смеси . При движении пароводяной смеси с небольшой скоростью пар, имеющий меньшую плотность, чем вода, поднимается и отделяется от воды, в результате чего возникает раздельное движение по трубе воды и пара. Это приводит к перегреву участков труб, омываемых паром. Расслоение пароводяной смеси усиливается с увеличением диаметра труб, снижением скорости движения среды, повышением давления пара.

Кавитация – явление, при котором во входном сечении опускной трубы происходит парообразование. Оно может наступить, если статическое давление в этом сечении окажется меньше давления в пароводяном коллекторе. При кавитации нарушается нормальное поступление воды в опускные трубы, следовательно, и в подъёмные. Образующиеся паровые пузырьки и их конденсация вызывают в трубах гидравлические удары, которые могут быть причиной образования трещин в трубах. Для предотвращения кавитации следует поддерживать уровень воды в пароводяном коллекторе не менее чем на 50 ммвыше верхней кромки входного сечения опускных труб.

С целью обеспечения надёжной циркуляции необходимо содержать в чистоте поверхности нагрева, не допускать резких колебаний давления пара, поддерживать нормальный уровень воды в пароводяном коллекторе, особенно при качке, а также не допускать модернизационных мероприятий без предварительной оценки надёжности циркуляции для нового варианта котла.

2010-01-27

При строительстве индивидуального жилого дома перед будущими жильцами непременно встает закономерный вопрос: какую систему отопления предпочесть. На этом этапе важно правильно поставить цель проекта, чтобы с само-го начала избежать ненужных трат и ошибок. В данной статье мы рассмотрим главную цель - высокую надежность работы системы отопления.

Холодное время года имеет продолжительность не менее полугода, а зимой морозы бывают такие, что отопление становится главным условием пригодности дома для проживания. Это особенно ощущается в случае отключения электроэнергии зимой и вообще в холодное время года. Замерзнуть в темноте — перспектива не из приятных. В конце концов, свет можно получить разными способами: свечи, фонари и т.п., холодильник в холодное время, в крайнем случае, можно заменить балконом, лоджией или холодной террасой, воду принести из колодца или магазина и т.д. Но тепло в доме — вот что должно работать бесперебойно. Приобретение же портативного электрогенератора по карману не каждому, да и его обслуживание сопряжено с разного рода неудобствами: шум, необходимость ручной активации, нежелание оставлять потенциально опасный работающий аппарат без присмотра. К тому же, у автономного генератора продолжительность необслуживаемой работы не превышает нескольких часов, а электричество в сельской местности, случается, отсутствует по нескольку суток.

Итак, поставим цель — добиться максимальной надежности работы системы отопления на основе одного источника энергии, например, газа, хотя это может быть и угольное, и дровяное отопление, и даже теплообменник. Правильный расчет естественного циркуляционного давления будет не лишним даже для систем с принудительной циркуляцией теплоносителя, позволяя более эффективно использовать электрический насос, ведь законы физики работают вне зависимости от наличия или отсутствия оборудования для транспортировки воды по трубам. Это также может оказаться полезным при выходе из строя насоса: если позволит автоматика котла, система отопления сможет некоторое время работать и без принудительной циркуляции.

Из истории известно, что уже в Древнем Риме были попытки утилизировать теплоту продуктов горения для нагревания воды или пара в отопительных целях. В то время и вплоть до середины XX века водяное отопление устраивалось с естественной циркуляцией воды, т.е. подъем горячей воды вверх осуществлялся за счет свойства воды становится менее плотной при нагреве. По мере отдачи тепла и охлаждения вода стекала вниз.

Область использования систем отопления с естественной циркуляцией воды

Рассмотрим в первую очередь случаи, в которых целесообразно использование водяного отопления с естественной циркуляцией. Область применения таких систем довольно широка.Наиболее выгодно использовать ее для отопления жилых обособленных зданий, например, коттеджей, дач, т.е. вообще любых зданий, расположенных как в городской, так и в сельской местности.

Также системы с естественной циркуляцией воды используют там, где не желателен шум и вибрация, создаваемых циркуляционными насосами, это касается жилых домов, где люди особенно ценят тишину и покой, а также особых производственных зданий, например, измерительных лабораторий.

Надо только четко понимать, что система водяного отопления с естественной (еще ее называют «гравитационной») циркуляцией будет тем эффективней работать, чем выше оборудованный ей дом. В высоких зданиях гидростатическое давление в вертикальных частях системы может достигать значений, соизмеримых с давлением, создаваемым насосом. Это связано со свойством воды передавать давление, создаваемое на ее поверхности, по всему объему, каждой точке системы.

Наилучшим образом данный эффект иллюстрирует знаменитый опыт Блеза Паскаля (1648 г.): в наполненную до краев закрытую бочку он вставил тонкую трубку диаметром 1 см 2 длиной 5 м, поднялся на второй этаж и вылил в трубку кружку воды. Давление внутри бочки из-за этого повысилось настолько, что бочку просто разорвало.

Принципиальная схема системы отопления с естественной циркуляцией воды

Как известно из законов физики, при нагревании все тела расширяются, т.е. их плотность уменьшается. Это относится и к воде, хотя именно у воды имеется отклонение от этого закона. При 4 °C вода имеет наибольшую плотность — 1000 кг/м 3 , а при охлаждении ниже этой температуры и при нагревании выше нее плотность падает. Мы будем рассматривать случай нагревания воды выше 4 °C, значит, плотность воды будет падать, побуждая ее подниматься вверх. График зависимости плотности воды ρ от температуры t показан в табл. 1 и на рис. 1. При нагревании воды от 4 до 100 °C плотность воды уменьшается от 1000 до 958,4 кг/м 3 , что составляет 4 %, а в отопительных системах при нагреве воды от 50 до 95 °C изменение плотности составляет 2,5 %. Вот на этих-то, казалось бы, небольших процентах и держится вся система естественной циркуляции воды системы отопления.

Теплогенератор или теплообменник находится внизу, нагретая более легкая жидкость поднимется вверх, а на ее место поступает более холодная. Это принципиальное для отопления явление мы наблюдаем ежедневно, нагревая воду в чайнике или кастрюле. Здесь на пользу человека работают три закона физики: закон земного притяжения, закон расширения тел при нагревании и закон неразрывности струи. Схема естественной системы водяного отопления выглядит следующим образом: источник тепла (например, котел), теплопровод (трубы), расширительный бак и отопительные приборы (радиаторы).

Такая система будет работать непрерывно, пока котел нагревает воду. Нагретая вода поднимается по трубам вверх, а, дойдя до верхней точки, стекает вниз, отдавая тепло и охлаждаясь. Расширительный же бак служит для компенсации расширения воды. Такую систему принято называть «система с верхней разводкой».

Сравнение систем с естественной и принудительной циркуляцией

Электрический циркулярный насос можно включать или не включать в цепь системы водяного отопления. В чем разница для потребителя?

Еще раз отметим, что система водяного отопления с естественной циркуляцией тем выгоднее, чем выше здание. В высоких зданиях гидростатическое давление в вертикальных частях системы может достигать значений, соизмеримых с давлением, создаваемым насосом. Это принципиальное свойство систем с гравитационной системой водяного отопления накладывает и некоторые ограничения на область ее применения, а именно, в малоэтажных зданиях радиус действия ее составляет примерно 20 м по горизонтали, т.е. отапливаемая площадь каждого этажа составляет от 400 до 1200 м 2 в зависимости от места расположения котла.

Второе отличие (оно же и преимущество) гравитационной системы по сравнению с системой с насосом состоит в относительной простоте обслуживания систем с естественной циркуляцией воды и в ее долговечности. Она может прослужить 40-50 лет без всякого вмешательства, нужно лишь периодически контролировать уровень воды в расширительном баке.

Еще одно преимущество гравитационной системы заключается в хорошем стабильном режиме отопления помещений, что объясняется явлением количественного саморегулирования. При изменении температуры воздуха в помещении (например, похолодание, ветреная погода и т.п.) система сама начинает повышать скорость течения воды и выравнивает температуру.

Как это происходит? Очень просто: если понизилась температура окружающего воздуха при постоянной температуре воды в котле, то увеличится разность температур, следовательно, увеличится и разность плотностей воды, а, значит и разность давлений. Под увеличенным давлением вода будет циркулировать быстрее, и количество поступающего в помещение тепла увеличится. И наоборот, если стало жарко, то эффект саморегулирования сработает в сторону снижения поступающего тепла. Одновременное изменение температуры и количества протекающей воды обеспечивает такую теплоотдачу отопительных приборов, которые поддерживают ровную температуру в помещениях. Наконец, еще одно отличие гравитационных систем от систем с насосом заключается в необходимости использовать трубы большего диаметра, чтобы сила трения воды о стенки труб не сильно влияла на естественное ее течение. С этим связана и повышенные первоначальные капиталовложения в такую систему, во-первых, из-за покупки более толстых труб, и, во-вторых, из-за значительных трудозатрат при монтаже, который надо выполнять, пунктуально следуя схеме. Система не простит нарушения законов физики. Но вообще в конструкции гравитационной системы отопления нет ничего особенно сложного, автор лично знаком со многими владельцами частных домов, которые, не имея высшего строительного образования, самостоятельно выполнили монтаж несложной системы водяного отопления с естественной циркуляцией воды, аккуратно и тщательно собирая одно звено за другим.

Основные разновидностисистем отопления

По положению труб, объединяющих отопительные приборы по вертикали или по горизонтали, системы делятся на вертикальные и горизонтальные. А в зависимости от схемы соединения труб с отопительными приборами бывают системы одно и двухтрубные. В каждом стояке однотрубной системы приборы соединяют одной трубой, и вода протекает последовательно через все приборы. В двухтрубной же системе приборы отдельно присоединяют к двум трубам — подающей и обратной, а вода протекает через каждый отопительный прибор независимо от других.

В данной статье рассматривается открытая однотрубная вертикальная система водяного отопления с естественной циркуляцией воды и отопительным котлом в качестве теплогенератора.

Гидростатическое давление, создаваемое в системеводяного отопления

Согласно законам гидродинамики, давление на двух разных уровнях воды будет разным, оно отличается на величину, численно равную весу вертикального столба жидкости, заключенного между этими уровнями, с площадью сечения, равной единице. Рассмотрим сначала случай системы, заполненной водой с одинаковой температурой. Формула для расчета давления была получена Паскалем и выглядит так:

p 2 = p 1 + ρgh, (1)

где p 2 — давление в нижней точке; p 1 — давление в верхней точке; ρ — плотность воды, равная приблизительно 1000 кг/м 3 ; g — ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с 2 ; h — высота водного столба, м. Напомним, что давление — это тоже сила, а именно, физическая величина, характеризующая состояние сплошной среды и, соответственно, численно равная силе, действующей на единицу площади поверхности .

Давайте оценим, какое же дополнительное давление p может создать столб жидкости в трехэтажном доме высотой h, например, 8 м, т.е. рассмотрим случай, когда расширительный бак (верхняя точка системы) находится на высоте 8 м относительно котла. Тогда гидростатическое давление столба жидкости будет равно:

p ст = ρgh = 1000 кг/м 3 × 9,8 м/с 2 × 8 м = 78 400 Па ≈ 0,8 атм. Итак, как видно из расчета, гидростатическое давление столба воды трехэтажного дома чуть менее атмосферного давления (1 атм = 101 326 Па, ).

Гидродинамическое давление при движении воды в трубах

В системе отопления вода не стоит на месте, а течет. Это означает, что имеется гидродинамическая составляющая давления. Рассчитаем ее и сравним со статическим давлением. При установившемся движении потока воды полное давление по уравнению Бернулли составит:

где p — давление, Па; ρ — плотность воды, кг/м 3 ; g — ускорение свободного падения, м/с 2 ; h — расстояние от оси потока воды до плоскости сравнения, м; v — скорость движения воды в потоке, м/с; ρgh — гидростатическое давление, Па. Оценим обе составляющие. При скорости v = 1,5 м/с имеем ρv 2 /2 = 1091 Па.Возьмем перепад высот 1 м, для него гидростатическое давление составит:ρgh = 1000 × 9,8 × 1 = 9800 Па. Мы видим, что даже при небольшой высоте в 1 м гидродинамическое давление почти в 10 раз меньше гидростатического, а для трехэтажного дома это значение превышает 78 000 раз. Поэтому гидродинамическим давлением можно пренебречь, что существенно упрощает расчеты.

Давление с учетом нагрева воды в котле

В системе отопления вода не просто течет, а еще и нагревается котлом. Рассчитаем гидростатическое давление в системе водяного отопления с нагреваемой водой. Что изменилось в этом случае по сравнению с ранее рассмотренным? Изменилась температура воды. Следовательно, изменится и давление воды в системе. Это очень важный факт! Покажем, как влияет нагрев воды на давление в системе. Обозначим точку выхода горячей воды буквой «г», температуру воды обозначим t г, плотность воды, соответственно, ρ г (рис. 2). Горячая вода проходит по системе вверх, охлаждается и стекает вниз.

Обозначим точку охлаждения буквой «о», температуру и плотность воды, соответственно, t о и ρ о. Точка «о» расположена, разумеется, выше точки «г». Максимальное гидростатическое давление в стояке с горячей водой, согласно закону Паскаля, описанному ранее в (1), будет равно:p г = g(ρ г h 1 + ρ г h 2) + p атм, (2)где h 1 — высота столба жидкости до верхней магистрали; h 2 — высота столба жидкости от верхней магистрали до поверхности воды в расширительном баке; pатм — атмосферное давление, Па. Аналогично определяется давление в точке «о»:p о = g(ρ о h 1 + ρ о h 2) + p атм. (3)Поскольку плотность холодной воды больше, чем горячей, т.е. ρ о > ρ г, сравнение формул (2-3) показывает, что давление в холодном стояке будет больше, т.е. p о > pг. Это различие в значениях давления и вызывает циркуляцию воды в системе отопления. Естественным циркуляционным (гравитационным) давлением pе называется разница между давлением столба холодной и горячей воды. Вычитая (2) из (3), получим самую главную в этой статье формулу естественного циркуляционного давления, создающего движение в системе отопления:p е = p о - p г = gh 1 (ρ о - ρ г).В общем виде естественное циркуляционное давление в системе водяного отопления равняется: p е = gh(ρ о - ρ г), (4)где h — расстояние между центрами охлаждения и нагревания воды.

Под действием этого давления и происходит циркуляция воды в системе, при этом давление уравновешивается потерями давления на преодоления сил трения воды о стенки системы отопления.

Заметим характерную особенность данной системы отопления: гидростатическое давление в точке присоединения магистральной трубы к трубе расширительного бака всегда постоянно и равно ghρ г. А сама эта точка называется «точной постоянного давления» или «нейтральной точкой» рассматриваемой системы отопления.

Как видно, гидростатическое давление во всех остальных точках системы при циркуляции воды изменяется следующим образом: перед точкой охлаждения оно увеличивается, а после точки охлаждения — уменьшается. При циркуляции воды в замкнутом контуре гравитационной системы отопления гидростатическое давление изменяется во всех точках, за исключением одной точки присоединения в системе трубы расширительного бака.

Расчет естественного циркуляционного давления через плотности воды

В предыдущем разделе мы получили формулу (4) для расчета давления воды в системе отопления с естественной циркуляцией.

Но для более полного расчета циркуляционного давления необходимо учитывать радиаторы и подводящие трубы. Нагревание и охлаждение воды создает неоднородное распределение ее плотности. Постепенное охлаждение воды в подводящих трубах сменяется быстрым охлаждением в отопительных приборах (радиаторах). Общее давление будем рассчитывать как сумму двух величин: давления Δp р, образующегося вследствие охлаждения воды в радиаторах, и давления Δp тр, вызываемого охлаждением воды в трубах:Δp е = Δp р + Δp тр. (5).

В большинстве случаев первое слагаемое является основным по значению, а второе — дополнительным. В одноэтажных же зданиях основным является второе, т.е. давление, вызываемое охлаждением воды в трубах.

Для расчетов обычно используют среднюю величину температуры на однородном участке тепловой сети. Для этого вводится такое понятие как «центр охлаждения теплоносителя». Тогда можно предположить для расчетов, что система отопления состоит из участков с одинаковой температурой, и температура меняется не постепенно по трубе или в радиаторе, а скачкообразно. Изменение температуры происходит в центрах охлаждения. При этом гидростатическое давление также меняется скачком в этих центрах, а на остальных участках остается постоянным.

Используя такой подход, покажем, как рассчитать естественное давление для однотрубной системы отопления. Для примера рассмотрим трехэтажный дом. Аналогично можно рассчитать и систему на любое количество этажей. На рис. 3 показана схема вертикальной однотрубной системы водяного отопления с верхней разводкой для трехэтажного дома.

Получим значение циркуляционного давления с использованием метода условных центров нагревания и охлаждения воды в трубах. Сами центры находятся на разной высоте относительно плоскости отсчета.

Сначала напишем расчетную формулу для гидростатического давления p1 в главном стояке. Высоту стояка примем равной h 1 + h 2 + h 3 , не считая части стояка выше условного центра охлаждения верхнего прибора О 3 , где температура воды принята равной температуре воды в главном стояке. Тогда давление составит p 1 = gρ г (h 1 + h 2 + h 3), где ρ г — плотность горячей воды в системе.

Гидростатическое давление в рабочих стояках с учетом тех же высот при плотностях воды на этажах, соответственно, ρ o , ρ 1 и ρ 2 составит: p 2 = g(ρ о h 1 + ρ 1 h 2 + ρ 2 h 3). Естественное циркуляционное давление в вертикальной однотрубной системе с верхней разводкой, возникающее вследствие охлаждения воды в приборах, определяется как разность гидростатического давления в рабочих и главном стояках:

Δp = g.

Из уравнения видно, что для получения естественного давления следует вертикальное расстояние от центров охлаждения и нагревания до плоскости отсчета умножать на разности плотности воды после и до каждого центра, считая по направлению движения воды. Кстати, из этого же уравнения следует, что в системе отопления с верхней разводкой естественное циркуляционное давление Δp всегда больше, чем в системе с нижней разводкой, за счет увеличения вертикального расстояния от центра охлаждения в верхней магистрали до центра нагревания.

Таким образом, мы получили расчетную формулу для определения давления на основании известных высот этажей и известных средних плотностях воды на этажах. На практике удобнее вести расчеты не через плотность воды, а через значения температуры воды на этажах. Об этом следующий раздел.

Расчет естественного циркуляционного давления через значения температуры воды ****

Потребителю и проектировщику удобно оперировать значениями температур при расчетах давления. Для этого надо в уравнении (6) выразить плотности воды через температуру. На рис. 1 показан график зависимости плотности от температуры. Для расчетов вполне можно считать эту зависимость линейной с коэффициентом K [кг/(м2⋅°C)], представляющим собой, по сути, среднее уменьшение плотности при увеличении температуры воды на 1 °C:

Этот коэффициент нетрудно вычислить. Например, взяв температуры из наиболее широко используемого диапазона температур tг = 95 °C и tо = 70 °C, получим K ≈ 0,64 кг/(м2⋅°C).Тогда уравнение (6) будет выглядеть следующим образом:Δp = gК.

Итак, зная температуры воды на этажах и высоту этажей, можно рассчитать естественное циркуляционное давление в системе. Высоту проектировщик обычно знает. Расчету температур посвящен следующий раздел, поскольку температура зависит от расхода воды в системе отопления и тепловой мощности.

Расход воды в системе отопления

Расход воды, т.е. количество воды, протекающее через систему в единицу времени, напрямую связано с количество тепла, которое мы хотим получить. Как известно из законов теплопередачи , количество тепла Qm [Дж], которое отдает вода при охлаждении от tг до to составляет:Qm = cm(tг - to), (8)где m — масса воды, кг; с — удельная теплоемкость воды (4178 Дж/(кг⋅°C) ).

При проектировании системы отопления оперируют обычно мощностями [Вт], т.е. количеством тепла, отдаваемым в единицу времени: Поэтому разделив обе части уравнения (8) на время τ, получим соотношение:Q = cG(tг - to), (9)где G = m/τ — расход воды, кг/с; Q — тепловая мощность системы отопления, Вт; tг и to — температуры подающей горячей и обратной охлажденной воды в системе отопления, °C.

Отсюда: Реальный расход воды в стояке Gст при заданном теплопотреблении, температуре воды и типе отопительных приборов определяется по формуле, аналогичной предыдущей, но с введением коэффициентов:где Qст — тепловая нагрузка стояка, равная суммарной теплопотребности помещений; β1 — поправочный коэффициент, учитывающий теплоотдачу дополнительной площади, принимаемой при установке отопительных приборов за счет округления сверх расчетной площади теплопередачу через дополнительную площадь приборов, принятых к установке; β2 — поправочный коэф фициент, учитывающий дополнительные теплопотери вследствие размещения отопительных приборов у наружных ограждений.

Из полученного соотношения (10) видно, что расход воды в однотрубном стояке прямо пропорционален тепловой нагрузке стояка и обратно пропорционален расчетному перепаду температуры воды в стояке Δtст.

Пример расчета расхода воды

Допустим, мы распределили тепловую нагрузку отопительных приборов на трех этажах дома, включая коэффициенты β1 и β2 таким образом: Q1 = 1100 Вт, Q2 = 900 Вт, Q3 = 1400 Вт.

Зададим также температуру подающей горячей воды tг = 95 °C и обратной охлажденной воды tо = 70 °C, K = 0,64 кг/(м3⋅°C). Общая тепловая нагрузка Gст равна сумме нагрузок на всех этажах:Qст = 1100 + 900 + 1400 = 3400 Вт.Подставляя эту величину в формулу (10), получим Gст [кг/с]:

На практике удобно пользоваться единицами измерения расхода кг/ч.

Примечание: поскольку в часе 3600 секунд, для перевода в кг/ч полученную величину надо умножить на 3600. Таким образом, получаем расход воды, который ожидается в рассчитываемой системе отопления трехэтажного дома: Gст = 0,032 × 3600 ≈ 117 кг/ч.

Заметим, если температура охлажденной воды в системе будет ниже, то расход уменьшится. Эту ситуацию иллюстрирует табл. 2 и рис. 4. Например, при температуре охлажденной воды 50 °C расход снизится до 65 кг/ч. Для случая tо = 40 °C расход составит 53 кг/ч.

Аналогично можно проанализировать понижение температуры подающей линии, что вызывает увеличение расхода (табл. 3 и 4).

Температура воды на участках отопительной системы

Зная расход воды, можно теперь рассчитать и температуры на всех участках стояка. Начнем считать сверху. Для этого сначала воспользоваться формулой (9) для всего стояка и для верхнего этажа (в данном примере это третий этаж):Qст = cG(tг - to), (12)Q3 = cG(tг - t3). Разделим одно уравнение на другое:откуда после несложных преобразований получим: Аналогично рассчитывается температура следующего этажа: В общем виде температура воды на iм участке однотрубного стояка будет равна:где ∑Qi — суммарная тепловая нагрузка всех отопительных приборов на стояке до рассматриваемого участка, считая по направлению движения воды. Воспользовавшись формулой (12) и выражая разности температур (tг - tо) через тепловые нагрузки и расход воды в стояке получим: В общем виде:

Пример расчета температуры воды

Определим температуру воды на участках стояка для отопительной системы дома с теми же параметрами, что и в предыдущем примере для случая tг = 95 °C и tо = 50 °C. Расход воды в этом случае равен 65 кг/ч (табл. 2). Подставляя эти величины в расчетные формулы (13) и (14) получим значения температур [°C]:

Здесь введен множитель 3600 для пересчета расхода обратно из кг/ч в кг/с.

Температура воды в системе нижнего этажа принята равной температуре на входе в котел, т.е. t1 ≈ 50 °C.

Итак, мы получили все три значения температур воды на всех трех этажах.

Эти примеры показывают, как несложным способом с помощью простых арифметических действий можно рассчитать температуры участков для конкретного случая.

Расчет естественного циркуляционного давления

Зная значения температур, можно теперь рассчитать и естественное циркуляционное давление по формуле (7). Сразу поясним, что этот расчет мы ведем для того, чтобы убедится, что данное давление способно «продавить» воду в планируемой системе, т.е. преодолеть силу трения воды о стенки трубопровода. Приведем пример расчета.

Пример расчета циркуляционного давления

Определим естественное циркуляционное давление для случая tг = 95 °C и tо = 50 °C. По формуле (7), подставляя конкретные величины, а именно g = 9,8 м/с2, K = 0,64, t2 = 65 °C, t3 = 76,5 °C, получим:Δp = gK = 9,8 × 0,64 ×× ≈ 9,8 × 0,64 × (55,5 ++ 90 + 90) ≈ 1480 Па.

На практике температуру воды на входе в котле можно опустить до 40 °C, и в этом случае естественное давление будет выше. Аналогично считая расход и температуру на этажах, можно получить результаты для различных случаев (табл. 2). Читатель без труда и с интересом сам может проделать подобные расчеты для своей системы, чтобы узнать, какое же давление ожидается для конкретных входных величин, а именно, теплопотребления на всех этажах, высоты всех этажей и температуры на входе и выходе из котла. В нашем примере мы получили, что давление в системе за счет разницы в плотности горячей и холодной воды составляет чуть менее полутора тысяч паскаль. Возникает естественный вопрос: много это или мало? Хватит ли этого давления для того, чтобы прокачать воду в системе?

Размеры трубопровода-системы отопления

Все описанные ранее расчеты давления выполнялись для того, чтобы понять, сможет ли давление воды преодолеть силу трения воды о стенки труб. Поэтому при расчетах реальных систем учитывают силу трения воды о стенки трубопровода или, как это принято в строительных расчетах, потери давления в трубах. При этом используют такую характеристику как «среднее значение потери давления на единицу длины» Rед. Зная эти потери, можно выбрать диаметр труб, исходя из принятого расхода воды и среднего ориентировочного значения удельной линейной потери давления.

При гидравлическом расчете потери давления на участке Δpуч определяются по формуле Дарси-Вейсбаха, известной из курса гидравлики : где λ — коэффициент гидравлического трения; l и d — длина и диаметр трубы; ρ — плотность воды; v — средняя скорость течения жидкости.

Из формулы видно, что потери давления пропорциональны квадрату скорости потока v и обратно пропорциональны диаметру трубы d.

Строителями и проектировщиками составлены специальные таблицы удельных потерь для разных случаев . Для примера в табл. 4 приведены значения удельных линейных потерь давления для температур горячей воды в диапазоне 95-105 °C и холодной 70 °C.

Для расчета удельных потерь на трение удобно пользоваться также номограммами (рис. 5) . Исходя из расчетной величины расхода теплоносителя G и планируемого диаметра трубы можно определить расчетные потери на трение. Для этого надо найти на вертикальной оси значение G, выраженное в кг/м3, затем провести горизонтальную черту до линии, соответствующей диаметру трубы. От точки пересечения этой черты с линией надо провести вертикальную линию вниз до оси удельных потерь.

Пример выбора диаметра трубопровода

В рассматриваемом нами примере системы отопления трехэтажного дома для G = 65 кг/ч выберем трубопровод диаметром 20 мм и проанализируем, какие удельные потери давления на трения нас ожидают. Найдя на вертикальной оси число 65 (оно находится почти в самом низу, т.к. расход небольшой) и проведя горизонтальную черту до линии диаметра 20 мм, получим точку пересечения. От нее проводим вертикальную линию и видим, что потери составят около 3,8 Па/м. Это немного! Для естественного давления 1480 Па, которое мы получили ранее, находим, что длина труб может составить 1480/3,8 ≈ 389,5 м. Реально для такого здания общая длина труб составит около 200 м. То есть, в данном примере естественного давления с запасом хватит, чтобы сконструировать систему отопления на основе трубопроводов диаметра 20 мм. А вот труба 15 мм не подойдет: по номограмме можно увидеть, что потери давления составят около 12 Па/м, и максимальная длина трубопровода должна быть почти в два раза короче необходимой, а именно, 1480/12 ≈ 123 м.

Таким образом, в данной статье мы вместе с читателем проследили, как можно рассчитать систему отопления с естественной циркуляцией воды. Задав теплопотребление, высоту этажей, температуру на входе и выходе из котла, мы получили давление и оценили возможные размеры трубопроводов: входной диаметр и общую длину.

1. Методика расчета электрической мощности электрокотельных, используемый для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых домов и общественных зданий и сооружений Минтопэнерго РФ 14.11.1996.
2. Интернетпортал «Википедия».
3. Исаченко В.П. и др. Теплопередача: Учебник для ВУЗов. Изд. 3е, перераб. и доп. - М.: Энергия, 1975.
4. Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление. Учебник для ВУЗов. - М.: Стройиздат, 1991.
5. Физическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1988.
6. Покотилов В.В. Пример гидравлического расчета горизонтальной однотрубной системы отопления с применением радиаторных узлов «ГЕРЦ3000» // Журнал «С.О.К.»

Кровеносная система - система сосудов и полостей, по которым происходит циркуляция крови. Благодаря циркуляции крови кислород и питательные вещества доставляются органам и тканям тела, а углекислый газ, другие продукты метаболизма и отходы жизнедеятельности выводятся. Кровеносная система - система сосудов и полостей, по которым происходит циркуляция крови. Благодаря циркуляции крови кислород и питательные вещества доставляются органам и тканям тела, а углекислый газ, другие продукты метаболизма и отходы жизнедеятельности выводятся. Кровеносные сосуды это полые трубки, по которым движется кровь. Сосуды, несущие кровь от сердца к органам называются артериями, а от органов к сердцу венами. В артериях и венах не осуществляется газообмен и диффузия питательных веществ, это просто путь доставки. По мере удаления кровеносных сосудов от сердца, они становятся мельче. Кровеносные сосуды это полые трубки, по которым движется кровь. Сосуды, несущие кровь от сердца к органам называются артериями, а от органов к сердцу венами. В артериях и венах не осуществляется газообмен и диффузия питательных веществ, это просто путь доставки. По мере удаления кровеносных сосудов от сердца, они становятся мельче.

Кровь с кислородом называется артериальной, а кровь с углекислым газом венозной. Кровь с кислородом называется артериальной, а кровь с углекислым газом венозной. Обмен веществами между кровью и интерстициальной жидкостью происходит через проницаемую стенку капилляров мелких сосудов, соединяющих артериальную и венозную системы. Обмен веществами между кровью и интерстициальной жидкостью происходит через проницаемую стенку капилляров мелких сосудов, соединяющих артериальную и венозную системы. Между артериями и венами находится микроциркуляторное русло, формирующее периферическую часть сердечно-сосудистой системы. Микроциркуляторное русло представляет систему мелких сосудов. Именно здесь происходят процессы обмена между кровью и тканями. Между артериями и венами находится микроциркуляторное русло, формирующее периферическую часть сердечно-сосудистой системы. Микроциркуляторное русло представляет систему мелких сосудов. Именно здесь происходят процессы обмена между кровью и тканями.

В самом общем виде эта транспортная система состоит из мышечного четырехкамерного насоса (сердца) и многих каналов (сосудов). По главным составляющим кровеносной системы кровеносные сосуды делятся на три основных типа: артерии, капилляры и вены. Артерии несут кровь от сердца. Они разветвляются на сосуды все меньшего диаметра, по которым кровь поступает во все части тела. По главным составляющим кровеносной системы кровеносные сосуды делятся на три основных типа: артерии, капилляры и вены. Артерии несут кровь от сердца. Они разветвляются на сосуды все меньшего диаметра, по которым кровь поступает во все части тела.

Сердце полый мышечный орган, который последовательностью сокращений и расслаблений перекачивает кровь по сосудам. Сердце полый мышечный орган, который последовательностью сокращений и расслаблений перекачивает кровь по сосудам. Стенка сердца имеет три слоя: внутренний эндокард (его выросты образуют клапаны), средний миокард (сердечная мышца, сокращение происходит не произвольно, предсердия и желудочки не соединяются между собой), наружный эпикард (покрывает поверхность сердца, служит внутренним листком околосердечной серозной оболочки перикарда). Стенка сердца имеет три слоя: внутренний эндокард (его выросты образуют клапаны), средний миокард (сердечная мышца, сокращение происходит не произвольно, предсердия и желудочки не соединяются между собой), наружный эпикард (покрывает поверхность сердца, служит внутренним листком околосердечной серозной оболочки перикарда). Мышечная ткань, которая способствует перекачиванию крови, сердца млекопитающих не имеет возможности восстанавливаться после повреждений. Мышечная ткань, которая способствует перекачиванию крови, сердца млекопитающих не имеет возможности восстанавливаться после повреждений.

Сердце человека разделяется перегородками на четыре камеры, которые заполняются кровью не одновременно. Сердце человека разделяется перегородками на четыре камеры, которые заполняются кровью не одновременно. Две нижние толстостенные камеры - желудочки, играющие роль нагнетающего насоса получают кровь из верхних камер и, сокращаясь, направляют ее в артерии. Сокращения желудочков и создают то, что называют сердцебиениями. Две нижние толстостенные камеры - желудочки, играющие роль нагнетающего насоса получают кровь из верхних камер и, сокращаясь, направляют ее в артерии. Сокращения желудочков и создают то, что называют сердцебиениями. Две верхние камеры – предсердия - это тонкостенные резервуары, которые легко растягиваются, вмещая в интервалах между сокращениями поступающую из вен кровь. Две верхние камеры – предсердия - это тонкостенные резервуары, которые легко растягиваются, вмещая в интервалах между сокращениями поступающую из вен кровь. Левый и правый отделы сердца изолированы друг от друга. Правый отдел получает бедную кислородом кровь, оттекающую от тканей организма, и направляет ее в легкие; левый отдел получает насыщенную кислородом кровь из легких и направляет ее к тканям всего тела. Левый и правый отделы сердца изолированы друг от друга. Правый отдел получает бедную кислородом кровь, оттекающую от тканей организма, и направляет ее в легкие; левый отдел получает насыщенную кислородом кровь из легких и направляет ее к тканям всего тела.

Во время работы сердца возникают звуки тоны: Систолический низкий, продолжительный (колебание створок, захлопываются двух- и трёх- створчатые клапаны, колебание натягивают сухожильные нити). Систолический низкий, продолжительный (колебание створок, захлопываются двух- и трёх- створчатые клапаны, колебание натягивают сухожильные нити). Диастолический короткий, высокий (захлопывают полулунные клапаны аорты и лёгочного ствола). Диастолический короткий, высокий (захлопывают полулунные клапаны аорты и лёгочного ствола). Сердце сокращается ритмично в условиях покоя с частотой 6070 ударов в минуту. Частота ниже 60 брадикардия, выше 90 тахикардия. Сокращение мышц сердца систола, расслабление диастола. Полный цикл сердечной деятельности 0,8 секунд. Сокращение предсердий 0,1 секунд, сокращение желудочков 0,3 секунд, пауза 0,4 секунд. Сердце сокращается ритмично в условиях покоя с частотой 6070 ударов в минуту. Частота ниже 60 брадикардия, выше 90 тахикардия. Сокращение мышц сердца систола, расслабление диастола. Полный цикл сердечной деятельности 0,8 секунд. Сокращение предсердий 0,1 секунд, сокращение желудочков 0,3 секунд, пауза 0,4 секунд. Первыми сокращаются предсердия: вначале правое, почти сразу же за ним левое. Эти сокращения обеспечивают быстрое заполнение кровью расслабленных желудочков. Затем сокращаются желудочки, с силой выталкивающие содержащуюся в них кровь. В это время предсердия расслабляются и заполняются кровью из вен. Первыми сокращаются предсердия: вначале правое, почти сразу же за ним левое. Эти сокращения обеспечивают быстрое заполнение кровью расслабленных желудочков. Затем сокращаются желудочки, с силой выталкивающие содержащуюся в них кровь. В это время предсердия расслабляются и заполняются кровью из вен.

РАБОТА СЕРДЦА. Кровь попадает в правое предсердие по двум крупным венам - верхней полой вене (1), приносящей кровь от верхней половины тела, и нижней полой вене (2), дренирующей нижнюю половину тела. Из правого предсердия кровь течет в правый желудочек и быстро нагнетается через легочные артерии (3) в легкие, где насыщается кислородом. Возвращаясь по легочным венам (4) в левое предсердие, насыщенная кислородом кровь попадает оттуда в мощный левый желудочек, сильные сокращения которого проталкивают ее через самый крупный сосуд, аорту (5), к тканям организма. Главными ветвями аорты, снабжающими кровью верхнюю половину тела, являются безымянная артерия (6), левая общая сонная артерия (7) и левая подключичная артерия (8). Кровь к нижней половине тела направляется по нисходящей аорте. ПП, ЛП - правое предсердие, левое предсердие; ПЖ, ЛЖ - правый желудочек, левый желудочек.

Сердечнососудистая система человека образует два круга кровообращения: большой и малый. Большой круг кровообращения начинается в левом желудочке и оканчивается в правом предсердии, куда впадают полые вены Большой круг кровообращения начинается в левом желудочке и оканчивается в правом предсердии, куда впадают полые вены Малый круг кровообращения начинается в правом желудочке, из которого выходит лёгочный ствол, и оканчивается в левом предсердии, в которое впадают лёгочные вены Малый круг кровообращения начинается в правом желудочке, из которого выходит лёгочный ствол, и оканчивается в левом предсердии, в которое впадают лёгочные вены Большой круг кровообращения обеспечивает кровью все органы и ткани. Большой круг кровообращения обеспечивает кровью все органы и ткани. Малый круг кровообращения ограничен циркуляцией крови в лёгких, здесь происходит обогащение крови кислородом и выведение углекислого газа. Малый круг кровообращения ограничен циркуляцией крови в лёгких, здесь происходит обогащение крови кислородом и выведение углекислого газа.

Эритроциты - красные кровяные клетки, транспортирующие кислород к тканям и углекислый газ к легким. Эритроцит имеет форму двояковогнутого диска, что намного увеличивает его поверхность. Красный цвет эритроцита зависит от особого вещества - гемоглобина. В легких он присоединяет к себе кислород и становится оксигемоглобином. В тканях это соединение распадается на кислород и гемоглобин. Кислород используется клетками организма, а гемоглобин, присоединив к себе углекислый газ, возвращается в легкие, отдает углекислый газ и вновь присоединяет кислород. Эритроциты - красные кровяные клетки, транспортирующие кислород к тканям и углекислый газ к легким. Эритроцит имеет форму двояковогнутого диска, что намного увеличивает его поверхность. Красный цвет эритроцита зависит от особого вещества - гемоглобина. В легких он присоединяет к себе кислород и становится оксигемоглобином. В тканях это соединение распадается на кислород и гемоглобин. Кислород используется клетками организма, а гемоглобин, присоединив к себе углекислый газ, возвращается в легкие, отдает углекислый газ и вновь присоединяет кислород. Равенство реакции образования и распада оксигемоглобина выглядит так: в легких Hb + 4О2 = HbО8; в тканях HbO8 = Hb + 4О2. Равенство реакции образования и распада оксигемоглобина выглядит так: в легких Hb + 4О2 = HbО8; в тканях HbO8 = Hb + 4О2. Оксигемоглобин имеет более светлую окраску, и потому обогащенная кислородом артериальная кровь выглядит ярко-алой. Гемоглобин, оставшийся без кислорода, темно-красный. Поэтому венозная кровь значительно темнее артериальной. Оксигемоглобин имеет более светлую окраску, и потому обогащенная кислородом артериальная кровь выглядит ярко-алой. Гемоглобин, оставшийся без кислорода, темно-красный. Поэтому венозная кровь значительно темнее артериальной.

У млекопитающих зрелые эритроциты ядер не имеют: они теряются в процессе развития. Двояковогнутая форма эритроцита и отсутствие ядра способствует переносу газов, так как увеличенная поверхность клетки быстрее поглощает кислород, а отсутствие ядра позволяет использовать для транспортировки кислорода и углекислого газа весь объем клетки. У мужчин в 1 мм 3 крови содержится в среднем 4,5-5 млн эритроцитов, у женщин - 4-4,5 млн. У млекопитающих зрелые эритроциты ядер не имеют: они теряются в процессе развития. Двояковогнутая форма эритроцита и отсутствие ядра способствует переносу газов, так как увеличенная поверхность клетки быстрее поглощает кислород, а отсутствие ядра позволяет использовать для транспортировки кислорода и углекислого газа весь объем клетки. У мужчин в 1 мм 3 крови содержится в среднем 4,5-5 млн эритроцитов, у женщин - 4-4,5 млн. Лейкоциты - клетки крови с хорошо развитыми ядрами. Их называют белыми кровяными клетками, хотя на самом деле они бесцветные. Основная функция лейкоцитов - распознавание и уничтожение чужеродных соединений и клеток, которые оказываются во внутренней среде организма. Известны различные виды лейкоцитов: нейтрофилы, базофилы, эозинофилы. Число лейкоцитов варьирует в пределах 4-8 тыс. в 1 мм 3, что связано с наличием инфекции в организме, со временем суток, едой. Лейкоциты способны к амебовидному движению. Обнаружив чужеродное тело, они ложноножками захватывают его, поглощают и уничтожают. Это явление было открыто Ильей Ильичом Мечниковым () и названо фагоцитозом, а сами лейкоциты фагоцитами. Лейкоциты - клетки крови с хорошо развитыми ядрами. Их называют белыми кровяными клетками, хотя на самом деле они бесцветные. Основная функция лейкоцитов - распознавание и уничтожение чужеродных соединений и клеток, которые оказываются во внутренней среде организма. Известны различные виды лейкоцитов: нейтрофилы, базофилы, эозинофилы. Число лейкоцитов варьирует в пределах 4-8 тыс. в 1 мм 3, что связано с наличием инфекции в организме, со временем суток, едой. Лейкоциты способны к амебовидному движению. Обнаружив чужеродное тело, они ложноножками захватывают его, поглощают и уничтожают. Это явление было открыто Ильей Ильичом Мечниковым () и названо фагоцитозом, а сами лейкоциты фагоцитами. Большая группа клеток крови называется лимфоцитами, поскольку созревание их завершается в лимфатических узлах и в вилочковой железе (тимусе). Эти клетки способны опознавать химическую структуру чужеродных соединений и вырабатывать антитела, которые нейтрализуют или уничтожают эти чужеродные соединения. Большая группа клеток крови называется лимфоцитами, поскольку созревание их завершается в лимфатических узлах и в вилочковой железе (тимусе). Эти клетки способны опознавать химическую структуру чужеродных соединений и вырабатывать антитела, которые нейтрализуют или уничтожают эти чужеродные соединения.

Понятие "круги кровообращения" - определение весьма условное, поскольку только у рыб кровь циркулирует по замкнутой системе. У прочих животных все несколько по-другому. Так, малый круг кровообращения начинается в конце большого, и наоборот. Этот факт не позволяет говорить о замкнутости данной системы. Большой и малый круг кровообращения фактически составляют единое русло. В двух его участках происходит сообщение кинетической энергии. Малый круг кровообращения заканчивается, собственно, там же, где и его начало, - в сердце.

Общие сведения

Движение крови осуществляется по кровеносной системе. Она включает в себя два русла. Различают большой и малый круги кровообращения. В последнем путь пролегает от сердца по направлению к легким и обратно. Венозная кровь из правого сердечного желудочка поступает в капилляры и артерию легких. Там она освобождается от углекислого газа, насыщаясь при этом кислородом. Затем по венам легких кровь вливается в левое предсердие. Далее, обогащенная кислородом, она поступает ко всем органам. Происходит это посредством большого русла. Существующее мнение о том, что в артериях течет исключительно кровь, насыщенная кислородом, а в венах - содержащая углекислый газ, не совсем верно. Дело в том, что в "легочном" русле все происходит наоборот. По артериям протекает "использованная", насыщенная углекислым газом, кровь, а по венам - "свежая".

Артериальная и венозная система. Краткие сведения

В артериях, почти не содержащих гладкой мускулатуры, присутствует мощная эластическая оболочка. Эти сосуды выполняют преимущественно "буферную" задачу. В их функции входит "сглаживание" перепадов в давлении между диастолой и систолой. От органов посредством посткапилляров кровь возвращается в вены и венулы. Этот "возврат" происходит при помощи нескольких механизмов. Основным из них является перепад давления на конце венозного участка капилляра, направленного наружу сосуда и реабсорбционное давление внутрь капилляра.

Механизм тока крови

Циркуляция преимущественно осуществляется за счет разницы в давлении, возникающей между венозной и артериальной системой. Данное утверждение абсолютно справедливо для артериол и артерий. В венах и капиллярах возникают вспомогательные механизмы. Формирование разности в давлении обусловлено ритмической работой сердца. Оно перекачивает кровь в артерии из вен. В связи с тем что венозное давление приближено практически к нулю, разность эту для практических целей можно принимать равной артериальному давлению.

Зачем человеку два русла?

Разделение на большой и малый круги кровообращения имеет одно достаточно существенное преимущество. Сердце подвергается гораздо меньшей нагрузке, чем если бы русло в организме было бы одно. Так как существует два русла, кровь, содержащая углекислый газ, отделяется от "свежей", насыщенной кислородом. Из-за присутствия в организме человека "легочного" русла сердце состоит из 4 камер: 2 желудочков и 2 предсердий. Почему малый круг кровообращения у человека имеет именно такое строение? Это устройство обусловлено наличием замкнутой венозной и артериальной системы. Она соединяет легкие и сердце.

Каким образом функционирует "легочное русло"?

В сердце присутствуют клапаны (две пары). Два расположены между желудочками и предсердиями, еще 2 - между желудочками и артериями, выходящими из них. Эти заслонки предотвращают обратное поступление крови. Кроме того, клапаны способствуют обеспечению направления кровотока.

Поступление крови в легкие осуществляется по двум венозным стволам. Первым является верхняя полая вена. Она транспортирует кровь от верхних участков тела. Вторым стволом является полая нижняя вена. По ней течет кровь, соответственно, с нижних участков туловища. Из правого предсердия, соответственно, она заходит в правый желудочек. Оттуда нагнетается в легкие через легочную артерию.

Скорость крови

Движение по капиллярам осуществляется с одинаковой скоростью все время. Кровь под большим давлением транспортируется в легкие. Если давление отрицательное, то она вливается в левое предсердие. За счет медленного тока в капиллярах кислород вполне успевает проникнуть в клетки. Углекислый газ при этом поступает в кровь. При повышении потребности в кислороде, например, на фоне физической нагрузки, во время интенсивных тренировок растет давление в сердце. В связи с этим скорость тока увеличивается. Так как в легкие поступление крови осуществляется под сниженным давлением (по сравнению с большим руслом), малый круг так и называют - "система низкого давления". У человека сердце имеет асимметричную форму. Выполняющая более тяжелую работу левая половина органа несколько толще, как правило, нежели правая его часть.

Регулирование тока

Представляющие собой своеобразные датчики нервные клетки обеспечивают постоянный контроль над разными показателями. К ним, в частности, относят кислотность, концентрацию углекислого газа, жидкостей и кислорода, уровень гормонов и проч. Собираемая информация проходит обработку в головном мозге. В кровеносные сосуды и сердце из него отправляются соответствующие импульсы. В каждой артерии, кроме того, присутствует свой собственный просвет внутри. Он обеспечивает постоянство скорости кровотока. В том случае, когда сердцебиение учащается, происходит расширение артерий, а при его замедлении - сужение. Во время внутривенного введения препаратов в некоторых случаях в кровь проникает воздух. Воздушные пузырьки закупоривают капилляры. Воздушная эмболия может привести к смерти.

Циркуляцией воды называется движение воды по замкнутому контуру. В состав контура циркуляции, в общем случае, входят такие конструктивные элементы котлов, как барабаны, коллекторы, обогреваемые и необогреваемые трубы поверхностей нагрева. Вода может проходить по контуру многократно либо однократно, двигаясь через поверхности нагрева от входа к выходу.

В зависимости от причин, которые вызывают движение воды циркуляция подразделяется на естественную и принудительную.

Естественная циркуляция осуществляется в паровых котлах, так как движущий напор в контуре создается разностью плотностей воды и пара. При этом каждый кг воды может постепенно превращаться в пар, многократно проходя через контур, либо превращаться в пар за один проход через поверхность нагрева.

Принудительная циркуляция воды производится с помощью насоса. Она применяется в водогрейных котлах и водяных экономайзерах и является прямоточной.

При любом виде циркуляции и способах ее организации вода и пар, образующийся в контуре, должны надежно охлаждать металл, что необходимо для безаварийной работы котлов.

Естественная циркуляция воды в паровых котлах. Рассмотрим принцип действия естественной циркуляции на примере контура циркуляции бокового экрана топки (рис. 10).

Рис. 10. Схема простейшего контура естественной циркуляции:

1 - коллектор; 2 - опускная труба; 3 - верхний барабан; 4 - экранные (подъемные) трубы.

Питательная вода вводится в верхний барабан котла 3. Из него вода опускается по опускной трубе 2 и входит в коллектор 1. На этом участке контура теплота к воде не подводится (труба теплоизолирована шамотной стенкой) и температура воды остается ниже температуры насыщения при данном давлении пара в котле.

Из коллектора вода поступает в обогреваемые трубы экрана 4 и, поднимаясь по ним, нагревается до кипения, кипит и частично превращается в пар. Образовавшаяся пароводяная смесь вводится в барабан, где разделяется на воду и пар. Пар покидает котел, а вода смешивается с питательной водой и вновь поступает в контур циркуляции.

Участок подъемных труб, где вода нагревается до кипения, называется экономайзерным, а содержащий пар - паросодержащим. Высота последнего в несколько раз превышает высоту экономайзерного участка.

На экономайзерном участке вода движется с постоянной скоростью, а на паросодержащем участке она постоянно возрастает, так как количество образующегося пара в подъемных трубах непрерывно увеличивается. Скорость, которую вода имеет на экономайзерном участке, называется скоростью циркуляции. По причине своего постоянства скорость циркуляции является одной их важных характеристик естественной циркуляции. Ее величина составляет, примерно, 0,5 - 1,5 м/с.

Наличие в контуре участков со средами, имеющие разные плотности, создает в контуре разность давлений или движущий напор циркуляции. Давление в опускных трубах создается столбом воды с плотностью r В, а в подъемных трубах - столбом воды и пароводяной смеси с плотностью r СМ . Поэтому более плотная среда вытесняет менее плотную и в контуре создается круговое движение воды. Величина движущего напора определяется зависимостью вида:

S ДВ = h ПАР (r В - r СМ) g Па, (7.1)

где h ПАР - высота паросодержащего участка подъемных труб; g - ускорение свободного падения.

Из выражения движущего напора следует, что для циркуляции недостаточно иметь среды с разной плотностью. Необходимо также, чтобы паросодержащие трубы располагались вертикально.

За один проход по контуру только часть воды превращается в пар. Поэтому для характеристики интенсивности испарения воды используется понятие кратности циркуляции:

k = М /Д, (7.2)

где М - расход воды через опускную трубу, кг/ч; Д - количество пара, образующегося в обогреваемых трубах, кг/ч.

Таким образом, кратность циркуляции показывает, сколько раз один кг воды должен пройти через контур, чтобы превратиться в пар. Для экранов k = 50 - 70, для конвективных пучков k = 100 - 200.

Величина, обратная кратности циркуляции, характеризует степень сухости влажного пара х = 1/k. Отсюда можно сделать вывод о том, что в экранах образуется пароводяная смесь, содержащая не более 0,02 или 2 % пара. Поэтому даже самые теплонапряженные поверхности нагрева котлов, которыми являются экраны, надежно смачиваются и охлаждаются водой.

В конвективных пучках все трубы обогреваются газами, температура которых при прохождении через пучок непрерывно снижается. Поэтому в кипятильных трубах по ходу движения газов паросодержание также уменьшается, а плотность пароводяной смеси возрастает. Наличие в трубах пучка пароводяной смеси с разной плотностью создает движущий напор, который движит воды по следующей схеме: из верхнего барабана вода поступает в задние трубы пучка и по ним поступает в нижний барабан котла; из барабана вода входит в остальные трубы пучка и вместе с паром поступает в верхний барабан.

Принудительная циркуляция. Принудительная циркуляция применяется в водогрейных котлах, а также в экономайзерах паровых котлов. Движение воды по трубам поверхностей нагрева производит насос. Вода входит в поверхности нагрева холодной, а покидает ее горячей, совершая в котле прямоточное движение. Кратность циркуляции воды равна единице.

Для создания прямоточного движения воды поверхности нагрева котлов изготавливаются в виде отдельных панелей, которые соединяются между собой последовательно или параллельно. Панель выполняется из одного ряда труб, концы которых замкнуты на нижний (распределительный) и верхний (собирающий) коллекторы. При этом трубы могут иметь как прямую (в основном), так и змеевиковую конфигурацию.

При параллельном подсоединении труб к коллекторам вода проходит по трубам неодинаковыми расходами, что обусловлено различиями в гидравлических сопротивлениях труб и неравномерным обогревом труб газами. Поэтому в отдельные трубы воды поступает меньше, чем это нужно для надежного охлаждения металла. Возможно даже вскипание воды в отдельных трубах, что еще в большей степени уменьшает поступление воды в такие трубы.

Движение воды в трубах может быть как подъемным, так и опускным. Однако во избежание вскипания воды ее скорость принимается не менее 0,5-1 м/с. По тем же причинам перепад давления воды в котлах не должен быть более 0,2 МПа.