О закономерностях вихревых течений в циклонно-слоевой камере

Experimental investigation of the radial distributions of tangential and longitudinal velocities, total and static pressures in the vortex zone of a cyclone-bed chamber of diameter 0.21 m has been carried out. The experiments were carried out at various regime parameters (fraction of bottom blast, total air volume flow) and geometric parameters (diameter and shape of the outlet) of the chamber, and also in the presence of a fixed or fluidized bed of granular material. The influence of nonisotherm of bottom and tangential blast on the distribution pattern of velocity and pressure in the vortex zone of the cyclone-bed chamber is investigated. There was determined the influence of bottom blast temperature on the longitudinal velocity of air in the central part of the vortex zone chamber.  It is shown that the diameter of the outlet has a significant effect on the pressure in the chamber. The longitudinal velocity in the central part of the chamber is practically independent of the shape of the outlet. The presence of the fluidized bed has an effect on the hydrodynamics of the cyclone-bed chamber vortex zone. In the presence of the fluidized bed there has been a violation of the self-similarity of hydrodynamic dimensionless parameters distribution in the vortex zone. The obtained experimental data were summarized within the framework of the similarity theory with the use of a dimensionless quantity characterizing the hydrodynamics of an inhomogeneous fluidized bed – the Froude number (Fr). The use of the Froude number makes it possible to take into account the effect of the fluidized bed hydrodynamics on the features of air velocity and pressure distributions in the vortex zone, and also takes into account the influence of such an important factor as the fraction of bottom blast.Выполнено экспериментальное исследование радиальных распределений тангенциальной и продольной скоростей воздуха, а также полного и статического давления в вихревой зоне циклонно-слоевой камеры диаметром 0,21 м. Эксперименты проведены при различных режимных (доля донного дутья, общий объемный расход воздуха) и геометрических (диаметр и форма выходного отверстия) параметрах камеры, а также при наличии неподвижного или кипящего слоя зернистого материала. Проведено исследование влияния неизотермичности донного и тангенциального дутья на характер распределения скоростей и давления в вихревой зоне циклонно-слоевой камеры. Установлено влияние температуры донного дутья на продольную скорость воздуха в центральной части вихревой зоны камеры. Показано, что размер диаметра выходного отверстия существенно влияет на величину давления в камере. Продольная скорость в центральной части камеры практически не зависит от формы выходного отверстия. Установлено, что наличие кипящего слоя оказывает влияние на аэродинамику вихревой зоны циклонно- слоевой камеры. В присутствии кипящего слоя имеет место нарушение автомодельности распределения безразмерных аэродинамических характеристик вихревой зоны. Полученные экспериментальные данные обобщены в рамках теории подобия с использованием безразмерной величины, характеризующей аэродинамику неоднородного кипящего слоя, – числа Фруда (Fr). Использование Fr позволяет исследовать влияние аэродинамики кипящего слоя на особенность распределения скорости воздуха и давления в вихревой зоне, а также учитывает влияние такого важного фактора, как доля донного дутья

Теплообмен в вихревой зоне циклонно-слоевой камеры топочного устройства с кипящим слоем

An experimental investigation of the heat-transfer coefficient to a spherical probe in a cyclone-bed chamber with fluidized bed in the “cold” and “hot” regimes has been carried out. The heat-transfer coefficient was determined by the regular thermal regime. The dependences of the heat-transfer coefficient in the vortex-bed furnace on the various parameters: the diameter of the outlet hole, the air flow rate, the share of the bottom blast and the location of the probe were determined. It is revealed that in the “cold” regime the heat-transfer coefficient has practically constant value in the radial direction, it almost does not depend on the diameter of the outlet hole and the share of the bottom blast and depends significantly on the position of the probe along the height of the furnace and the air flow rate. The effect of flow swirling on the heat-transfer coefficient in a cyclone-bed chamber with fluidized bed is determined. When the fuel burns (“hot” regime), the heat-transfer coefficient is not constant in the radial direction and accept the maximum values in the central area of the chamber. At the same time, the part of conductive-convective component in the total heat-transfer coefficient to the spherical probe, depending on its radial position, is estimated at 40–70 %. The results can be used in the design and creation of modern high-efficiency furnaces for burning local solid biofuels.Выполнено экспериментальное исследование коэффициента теплоотдачи к сферическому зонду в циклонно-слоевой камере с кипящим слоем в «холодном» и «горячем» режимах. Коэффициент теплоотдачи определялся методом регулярного теплового режима. Установлена зависимость коэффициента теплоотдачи в циклонно-слоевой топке от различных параметров: диаметра пережима, расхода воздуха, доли донного дутья и расположения зонда. Выявлено, что в «холодном» режиме коэффициент теплоотдачи имеет практически постоянное значение в радиальном направлении, почти не зависит от диаметра пережима и доли донного дутья и существенно зависит от расположения зонда по высоте топки и расхода воздуха. Установлено влияние закрутки потока на коэффициент теплоотдачи в циклонно-слоевой камере с кипящим слоем. При горении топлива («горячий» режим) коэффициент теплоотдачи непостоянен в радиальном направлении и принимает максимальные значения в центральной области камеры. При этом доля кондуктивно-конвективной составляющей в суммарном коэффициенте теплоотдачи к шаровому зонду в зависимости от его радиального положения оценивается в 40–70 %. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании и создании современных высокоэффективных топочных устройств для сжигания местных твердых биотоплив