SURFACE EN CONTACT AVEC LES GAZ ENFLAMMÉS
379. Chaleur transmise. — Nous avons vu (ae?) qu'une fraction du combustible écbappait toujours à la combustion, soit à Tétat de gaz combustibles, soit à Tétat d'escarbilles dans le cendrier; nous avons désigné par ^ la fraction ainsi perdue, de sorle que la chaleur que le combustible dégage réellement est seulement
(i-o)/wN.
Celte chaleur est dégagée au moment où les gaz s'éteignent, quand ils arrivent à l'extrémité de la surface S^. A ce moment la température estX^ et la chaleur dégagée a été employée :
à transmettre la chaleur M, à la surface S^ ;
à transmettre la chaleur M^> à la surface S^;
à chauffer les gaz de la combustion à la température Tj, ce qui a absorbé ps (A -t- i) c(Tjj— ej ;
et enfin à fournir aux pertes par les parois des carneaux correspondant aux deux premières surfaces S, et S^ ; ces pertes sont .(p.|-+-[x^)/!75N.
On a donc la relation
( I — 9)y:?5N — M^ 4- M, -r /;.ç( A -f-i )c(T2 - Oo) -+- ([x, -f- iXi)/^5N d'où
M, = (i--(p-|A,-ii.>,vN-HA-M)c(Ta-Oo)-M, {i6;
équation d'où on^tire M^.
380. La température T^ à laquelle les gaz s'éteignent et le décroissement de température de T^ à T^ dépendent de la nature du combustible et de la disposition des carneaux. Tandis que la transmission par convection tend à abaisser la température^ la combustion qui se continue tend à la relever. La loi de décroissement permettant de tracer la courbe qui relie les températures Tj et Tj n'est pas connue et doit d'ailleurs varier avec la nature du combustible et les circonstances de la combustion, mais en
examinant, comme nous le verrons plus loin, la forme générale d'ensemble de la courbe de décroissement depuis le foyer jusqu'à l'extrémité de l'appareil, on reconnaît qu'entre ^^ et Tj elle ne peut s'écarter beaucoup de la ligne droite, de sorte qu'on peut admettre qu'entre ces deux points la chaleur transmise est la même que si la température était constante et égale à la
moyenne — î 2.
En désignant par Q, le coefficient de transmission, on a donc M,=Sa(^'^-ô) d'où S,= ^' -• (.7)
Cette équation permet de calculer la surface de chauffe S^ nécessaire pour absorber la quantité de chaleur Mg déterminée par l'équalion (16) quand on connaît le coefficient Q^ de transmission à travers la paroi.
Ce coefficient se détermine au moyen de la formule générale (89)
Qjl K C K'
Pour les chaudières à vapeur, la somme 7^+77-/ est très faible ;
nous avons vu (370) que pour une épaisseur de tôle de fer de 0,01, elle était 0,00037 et pour la même épaisseur de cuivre 0,0002276.
Comme il n'y a pas de rayonnement, K=/i/et en donnant à ;{/, suivant l'activité de la combustion, les valeurs indiquées
au n" 390, on voit que la plus petite valeur de |^ = —2. étant
— = 0,025, celle de T, H- |F? est négligeable et qu'on peut poser
très approximativement
Pour des calorifères à air chaud et autres appareils métaN
liques chauffant des gaz ou des vapeurs, le terme ~ est négligeable, mais il n'en est plus de même de jp qui est très comparable à ^. La valeur de K' dépend de la vitesse des gaz chauffés
au contact du récepteur et doit augmenter comme K avec l'activité de la combustion.
Le chauffage et le refroidissement des deux côtés de la paroi se faisant avec des fluides ayant à peu près le même pouvoir absorbant de la chaleur, si nous admettons la même vitesse, nous
aurons K=K', ce qui conduit, en négligeant p, à la relation
et en prenant pour nf les valeurs du n" 370, on trouve pour des calorifères à air chaud
Qa
L'étendue de la surface S^ est essentiellement variable, non seulement avec la nature du combustible, mais encore avec la période de la combustion. La flamme s'étend plus loin après le chargement, au moment du dégagement maximum des gaz combustibles, et se réduit de plus en plus à mesure que la houille se transforme en coke.
La détermination de la surface S^ n'a du reste qu'un intérêt restreint; rien ne la limite dans la construction.
381. Température de la paroi. — La température / du métal varie d'une extrémité à l'autre de la surface S^. Pour la déterminer, on a, pour un point quelconque, la relation
y,(/-ô)-Q,(r-6) d'où /=e-f-^^(T'-e)
/ étant la température de la paroi au contact de laquelle les gaz enflammés passent avec la température T' comprise entre T, etT^ h celle du fluide chauffé ; y^ est égal à (f calculé au n° 390.
Pour des chaudières à vapeur, le rapport — est toujours très
faible, au maximum 0,01 5, et la température t ne peut être supérieure à 0 que d'un petit nombre de degrés.
Pour des calorifères à air chaud, il n'en est plus ainsi, et on
a — = -, quand les coefficients de convection -sont les mêmes.
Le métal est à une température moyenne entre les gaz de la combustion et Tair chauffé.
382. Application à divers types de foyer. — Appliquons ces formules aux principaux types de récepteurs que nous avons étudiés pour la surface directe.
Nous ferons les hypothèses suivantes :
La houille brûlée renferme 10 p. 100 de cendres et sa puissance calorique est N = 8ooo, ce qui correspond à 8880 pour la bouille pure.
La combustion s'opère avec un poids d'air moyen de A ^ 1 8 kilogr. par kilogr. de houille.
La combustion incomplète fait perdre 8 p. loo, soit 9 = 0,08. Les gaz de la combustion s'éteignent à 800"* (T^=8oo'').
L'air extérieur est à %=o^
Pour les chaudières à vapeur, nous supposerons la température de Teau constante et égale à 6= it'fo".
Pour les calorifères, nous prendrons la température de Tair chauffé égale à ô=:5o°, moyenne entre 0==o, température d'entrée, et 0=100°, température supposée à la sortie du calorifère.
Les pertes par refroidissement des parois varient avec chaque nature d'appareil.
Pour une chaudière à foyer intérieur du type Cornwall, les pertes [i.,-h|ji.j sont à peu près nulles puisque la circulation est
intérieure ; il n'y a qu'une légère perte par le rayonnement de la porte du foyer que nous évaluerons à i p. loo. On trouve dans ces conditions
Mj = 3632^j--M|. (19)
Pour une chaudière à foyer intérieur, type locomotive, on se trouve à peu près dans les mêmes conditions ; nous prendrons de même [jl,=:o,oi et 1x^=0, ce qui conduit à la même expression de Mj.
Pour une chaudière à foyer extérieur du type à deux bouilleurs, les pertes [a^ et jjlj par le refroidissement extérieur dépendent de la nature et de l'épaisseur des parois et des dispositions générales. Elles sont beaucoup plus grandes quand le fourneau est isolé que lorsqu'il se trouve réuni avec plusieurs autres dans le même massif.
La perte totale |JL|-h[x,-h[jL3 parle refroidissement extérieur du fourneau peut varier de 10 à 25 p. 100 de la chaleur totale, soit 1 5 p. 100 en moyenne ; d'après le rapport des surfaces, nous évaluerons la perte, pour les deux premières S^ et S^, à 6 p. 100 soit |x,-+-|X2=o,o6, ce qui donne
Dans les foyers de calorifères à air chaud, la combustion est généralement très défectueuse. Conduits par des chauffeurs inexpérimentés qui chargent sur de fortes épaisseurs, il se dégage de grandes quantités de gaz combustibles. Nous supposerons en conséquence ©=:(>, i5,
La circulation étant intérieure, il n'y a de perte par refroidissement du foyer et des gaz de la combustion que par la porte du foyer; nous prendrons comme ci-dessus ;*, = 0,01 et jx^^ o.
On trouve ainsi
U2=^ i oy2ps '-M^. (21)
383. En mettant ces nombres dans les formules, on obtient, pour les différents types de récepteur, les résultats inscrits dans le tableau suivant :
SL'RFACE DE CIIAUPFE INDIUECTE.
•< ti t«
Surface en contact avec les gaz enflammés.
POIDS
Dl HOOILLB OBOLil
par mètre carré de grille.
CHALEUR trtosmise à la
SCBP. DS CHADFPB S^
par mètre carré ' de grille.
KTKNDUE
dp la
<>caF. DB en Kvrrt S^
par m»'frp carré
de grille.
à l'origiue
OB LA SUBFACB Sj
û l'extrémité
DR LA SnaFACB S}
if
Chaudière à vapeur, — Type Comwall.
mq
9JÏ
Chaudière à vapeur. — Type locomotive.
mq
Chaudière à vapeur. — Type à deux bouilleurs.
mq 4,06
Calorifère à air çhaad.
mq 4,61
Dans la 1'* colonne se trouvent les poids de combustible brûlé par mètre carré de grille et par heure ; c*est ce qui indique Taclivité de la combustion.
La 2* colonne donne les quantités de chaleur transmises à la surface de chauffe en contact avec les gaz enflammés, rapportées à un mètre carré de grille.
La Z"" indique l'étendue de cette surface également par rapport a un mètre carré de grille.
a36 RÉCEPTEURS DE CHALEUR.
Enfin les f{ cl 5* colonnes donnent les températures de la paroi métallique en contact avec les gaz, au commencement de la surface Sj à la sortie du foyer et à Textrémilé de cette surface au moment où les gaz s'éteignent à Soo**.
On peut remarquer que pour les chaudières à vapeur et en général pour toute surface de chauffe refroidie par Teau, la température du métal dépasse à peine de quelques degrés celle de Teau. Au contraire, pour les récepteurs refroidis par des gaz, comme les calorifères, cette température s*élève notablement.
