Алексеев, А. Д.

Осин, В. И.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

ИЗВЕСТИЯТОМСКОГО О РДЕН А  ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮ ЦИЙ  И О РДЕН А  ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМ ЕНИ  ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВАТом 234 1974ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ПРОДУВКИ НА ТЕПЛООБМЕН ЗЕРНИСТОГО СЛОЯ С ПОВЕРХНОСТЬЮ НАГРЕВАА. Д . АЛЕКСЕЕВ, В. И. ОСИН(Представлена научным семинаром кафедры процессов, машин и аппаратов химических производств)Целью исследования являлось определение влияния режима и ха ­рактера движения ожижающей среды на коэффициент теплоотдачи а  от нагретой поверхности к слою. Исследования проводились в два этапа. Вначале были сняты гидродинамические характеристики слоя при »ста­ционарном и синусои д а л ьно -іпул ыс иру ю щем характерах движения сж и­жающего агента и определены закономерности изменения сопротивле­ния и объема слоя от 'скорости фильтрации и частоты пульсаций.В качестве дисперсного материала использовался речной песок плотностью р ='2659 кг/м3 (фракция 0,5-Ы мм).  Насыпная плотность слоя составляла рсл. =1430 кг/мъ. Материал загружался в прозрачную цилиндрическую камеру диаметром 200 и івьюотой 470 мм. Синусои­дально-пульсирующий характер движения воздуха через систему обес­печивался роторным преобразователем, привод которого позволял ме­нять частоту пульсаций от 0 до 25 гц.Гидродинамические характеристики слоя определялись при частоте пульсаций воздушного потока / =  3,35; 6,7; 10; 16,7 гц и осредненных во времени скоростях фильтрации от 0 до 68 м/сек. Были получены соответ­ствующие характеристики при продувании слоя невозмуіценным (стаци­онарным) потоком.На рис. Ia приведены данные об изменении объема, полученные при начальной высоте слоя H о =  82 мм и общем весе загруженного материала G =  3780 г.Визуальными наблюдениями установлено качественное отличие в поведении слоя в случае его продувания синусоидально-пульсирующим потоком. Это отличие состоит в том, что стадии расширения (псевдоожи­жения) слоя предшествует его уплотнение, величина которого зависит от частоты пульсаций и скорости фильтрации. Из рисунка видно и коли­чественное отличие, проявляющееся в том, что расширение слоя проис­ходит при скоростях намного меньших, чем в случае движения через него невозмущенного потока.Исследования теплообмена проводились при осредненных скоростях фильтрации близких к 0,063; 0,073; 0,1; 0,175; 0,225; 0,38; 0,51 и 0,58 м/сек. Значения скоростей выбраны на основе результатов !исследования 'гид­родинамики ‘слоя с учетом того, что три  »всех частотах наблюдались сходные состояния, а именно:а) скорости фильтрации меньшие 0,075 м/сек соответствуют нисхо­дящим кривым уплотнения слоя;б) скорости близкие к 0,1 м/сек соответствуют максимально уплот­ненным состояниям;3* 35W rrZcck w. т/секРис. 1. Влияние скорости фильтрации и условий продувки на изменение объема слоя (а) и коэффициента теплоотдачи (б)Я р — высота слоя в рабочих условиях. /  =  O — поток стационарный;/ =  3,35...16,7 — частота пульсаций, гцв) в диапазоне скоростей от 0,1 до 0,175 м/сек слой расширен, но его порозность меньше порозности свободно насыпанного песка;г) скорости, большие 0,175 м/сек, соответствуют различным проме­жуточным состояниям слоя.Нагревательный элемент располагался по оси аппарата на ,рассто­янии 28 мм от распределительной решетки. Термопары размещались в линию на различном расстоянии от нагревателя. Незащищенные спаи располагались на высоте 41 мм от решетки. В процессе эксперимента замерялись сила тока I и температура в трех участках слоя.Средние значения коэффициента теплоотдачи а т  определялись рас­четом по формуле [ і ]4Ô26-/2 9ат — — — -—  вт/м2 -град.85 — tс лHa рис. 16 показан характер изменения ат в зависимости от скорости фильтрации.Из приведенных данных видно, что при продувании неподвижного слоя стационарным потоком (режим фильтрации) наблюдается медлен­ное возрастание ат , что вызвано, в основном, увеличением скорости га­за, омывающего поверхность нагрева. С переходом слоя в псевдоожи- женное состояние повышается интенсивность пульсационного перемеши­вания частиц и как результат этого более быстрое возрастание а  т. М ак­симальное значение коэффициента теплоотдачи имело место при скоро­сти фильтрации, іблизкой к 0,68 м/сек, и «числе псевдоожижения» 1,8.Согласно [2, 3] максимальное значение коэффициента теплоотдачи для слоя песка составляет около 238 ккал/м2час-град. (205 вт/м2 град) и наблюдается при «числе псевдоожижения» 1,7++9. В наших экспе­риментах a Tmax =198,-5 вт/м2град, что практически совпадает с данны­ми других исследователей.Из рис. 16 видно, что в случае продувки песка нестационарным по­током зависимость ат  =  ф(&у) носит иной характер. Коэффициент тепло­отдачи резко возрастает уже при скоростях фильтрации, меньших 0,1 м/сек , что, вероятно, обусловлено более плотным размещением ча­стиц в слое. В уплотненном состоянии следует ожидать большего влия­36ния на теплообмен теплопроводности материала, так как расстояние между частицами сокращается, поверхность их соприкосновения увели­чивается, а относительная подвижность частиц невелика. С увеличением скорости темп роста а  т замедляется, а после достижения максималь­ного значения наблюдается его снижение. Максимальное значение а  т при пульсирующем потоке имеет место при меньших скоростях фильтра­ции. Так при частотах 13,35; 6,7; 10 гц ат.шах наблюдается при скоростях фильтрации около 0,5 м/сек, что на 32% меньше соответствующих зна­чений скорости стационарного режима псевдоожижения. При скорости нестационарной фильтрации, близкой ік 0,25 м/сек, и частотах пульсаций 3,35 и 6,7 гц коэффициент теплоотдачи мало отличается от максималь­ного для этих частот. Так при /* =>3,35 гц и w =0,25 м/сек ат =  173 вт/м2град., a ат.шах= 1*85 ѳт/м2град., что имеет место при ^  =  0,51 м/сек. В этом случае а т  уменьшилось всего лишь на 6,5%, а 'скорость снизи­лась в діва раза.При частотах пульсаций 10; 16,7 гц и малых скоростях фильтрации теми возрастания а т  более замедленный. С увеличением скорости фильтрации наблюдается обратная картина. Кривые зависимости а т  от w при больших частотах занимают промежуточное положение между кривой при иродуванни невозмущенным потоком и псевдоожижения пульсирующим потоком на низких частотах. Чем больше частота пуль­сации, тем ближе кривая а т  подходит к кривой теплообмена стационар­ного режима, что свидетельствует о том, что повышение частоты пульса­ций газового потока приближает режим теплообмена к стационарным условиям.Влияние на теплообмен частоты пульсаций представлено на рис. 2а, из которого видно, что при скоростях фильтрации, меньших 0,3 м/сек, наибольшие значения а т  имеют место при частоте пульсаций / =  3,35 гц. С дальнейшим возрастанием скорости максимальные значения коэффи­циента теплоотдачи смещаются в сторону больших частот.На рис. 2 6 показано влияние пульсирующей подачи на эффектив­ность теплообмена.Из приведенных данных видно, что максимальное значение коэффи-W170*g IhOЁ* HO80SO— j,— JSI/ < \  W-OB -----T А  ><»X 1I! >0 3.35 6j  i0 ' 16W 9 m/cekРис. 2. Влияние скорости ,фильтрации и условий продувки на коэффициент теплоотдачи (а) и эффективность теплообмена (б)Ио, а  п —коэффициенты теплоотдачи для стационарных и нестационар­ных условий. / =  3,35...16,7 — частота пульсаций, гц37циента эффективности наблюдается при скоростях фильтрации, мень­ших 0,175 м/сек, и малых частотах пульсаций газового потока. Это явля­ется еще одним подтверждением преимуществ псевдоожижения зерни­стых материалов пульсирующим потоком.Хотя с ростом скорости фильтрации и возрастают значения коэффи­циента теплоотдачи, но относительная эффективность пульсирующих воздействий снижается, приближаясь к единице.Выводы1. Выбранная методика исследований позволяет качественно и ко­личественно оценить влияние режима и характера движения ожижаю- щей среды на теплообмен слоя с поверхностью нагрева.2. Максимальный коэффициент теплообмена при пульсирующей продувке слоя достигается при меньших на 30% скоростях, а численные его значения мало отличаются от соответствующих значений для слоя, продуваемого невозмущенным потоком.3. Наибольший эффект от применения пульсирующего газового по­тока наблюдается при частотах 3,35; 6,7 гц и «разжиженном» состоянии слоя.4. Численные значения коэффициента теплообмена при малых ча­стотах пульсаций мало меняются в широком диапазоне скоростей фильт­рации.5. С повышением частоты пульсаций характер изменения коэффици­ента теплообмена приближается к таковому в условиях продувания слоя невозмущенным газовым потоком.ЛИТЕРАТУРА1. А. Д . А л е к с е е в ,  В.  И.  О с и н .  Установка для исследования теплообмена дис­персного слоя с поверхностью. Настоящий сборник.2. С. С. З а б р о д с к и й .  Гидродинамика и теплообмен в псевдоожиженном (кипя­щем) слое. Госэнергоиздат, М., 1963.3. Н. И. Г е л ь п e р и н, В. Г. А й и ш т е й н, В. Б. К в а ш а .  Основы техники псевдо- ожижения. «Химия», М., 1967.

Влияние условий продувки на теплообмен зернистого слоя с поверхностью нагрева

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University