Файл: Календерьян В.А. Теплоотдача плотного движущегося слоя и методы ее интенсификации.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.06.2024
Просмотров: 138
Скачиваний: 0
|
Д л я |
неподвижного |
продуваемого |
слоя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
4 и Ф |
N u H n = |
а |
н п ' |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
R e = — ; R e 9 K B = ^ ; |
|
- ^ |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Д л я |
движущегося |
непродуваемого |
слоя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и 2 |
|
|
vi |
|
|
|
al |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fr = — г ; Р е = - — ; Nu - i — |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Д л я |
движущегося |
продуваемого |
слоя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Ре - Р е т |
+ Р е г |
= |
|
|
|
|
^ |
|
|
|
|
* е о т н |
|
— |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
экв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nu |
= • |
al |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Чкв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Критерий |
гидродинамической |
устойчивости Ру |
= |
cf |
|
|
-і— |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9Кв"т5 |
|
|
|
||
|
В |
качестве |
о п р е д е л я ю щ е г о |
р а з м е р а |
I приняты д л я |
плоских |
поверхностей — |
|||||||||||||||||
т е к у щ а я |
х или |
полная |
L |
длина, д л я |
цилиндрических и |
сферических — |
д и а м е т р |
|||||||||||||||||
D |
(в |
критерии |
|
Ф у р ь е — р а д и у с |
R, |
в |
критерии |
Ф р у д а — э к в и в а л е н т н ы й |
диа |
|||||||||||||||
метр Оакп)- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ИНДЕКСЫ |
||
|
в — в и б р а ц и я ; |
в — в о з д у х ; |
г — г а з ; гл — г л а д к а я |
|
(неоребренная) |
поверх |
||||||||||||||||||
ность; |
гр — граничный; |
д — д и н а м и ч е с к и й ; и — истечение; |
к — к а н а л ; кр — |
кри |
||||||||||||||||||||
тический; |
м а к с — м а к с и м а л ь н ы й ; |
мин — м и н и м а л ь н ы й ; |
м — м е ж ф а з о в ы й ; |
о — |
||||||||||||||||||||
основание; значение величины |
во |
входном сечении; |
об — о б ъ е м н ы й ; ор — |
оре - |
||||||||||||||||||||
брение; отв — отверстия; |
отн — относительный; |
п — переходный; |
пл — |
пласти |
||||||||||||||||||||
на; |
пр — приведенный; |
пред — предельный; |
р — ребро; |
ст — стенка; |
с т а б — |
|||||||||||||||||||
с т а б и л и з а ц и я ; |
т — т в е р д ы й ; |
теоретический; |
у д — у д е л ь н ы й ; |
|
ф — |
ф и л ь т р а ц и я , |
||||||||||||||||||
ц — ц и л и н д р ; |
экв — э к в и в а л е н т н ы й ; |
|
эф — э ф ф е к т и в н ы й ; |
дн — |
д в и ж у щ и й с я |
|||||||||||||||||||
н е п р о д у в а е м ы й ; |
нп — н е п о д в и ж н ы й |
п р о д у в а е м ы й ; |
d — определенный |
по |
д и а |
|||||||||||||||||||
метру |
частиц; |
h — в е р ш и н а |
ребра; я — н о р м а л ь н ы й ; |
t — термический; |
х, |
у — |
||||||||||||||||||
проекции |
на оси |
к о о р д и н а т ; |
х, |
г, |
ф — л о к а л ь н ы й |
(по высоте, |
радиусу, у г л у |
по |
||||||||||||||||
в о р о т а ) ; 2 — с у м м а р н ы й ; * — м о д и ф и ц и р о в а н н ы й ; |
|
|
з н а к у с р е д н е н и я . |
|
||||||||||||||||||||
|
Величины |
без |
индексов |
г и т |
относятся |
ко |
всему |
|
потоку |
в целом . |
|
|||||||||||||
ГЛАВА I
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА ДВИЖУЩЕГОСЯ ПРОДУВАЕМОГО СЛОЯ С ПОВЕРХНОСТЬЮ
I.1. КРАТКИЙ АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА
Движущиеся, плотные продуваемые и непродуваемые слои яв ляются разновидностями сквозных дисперсных потоков [46], ко торые характеризуются максимальной истинной объемной кон центрацией твердой фазы (контактами между соседними частицами). Плотный слой сыпучего материала представляет собой неоднород ную двухкомпонентную систему «газ — твердые частицы». Скачко образное изменение физических характеристик (теплопроводности, плотности и др.) и параметров (температуры, скорости) на границе раздела компонентов значительно усложняет корректное матема тическое описание процесса и во многих случаях делает невозмож ным получение аналитических решений.
Влитературе развиваются два представления о плотном слое: как о квазигомогенной либо как о дискретной среде.
Не ставя перед собой задачи детального анализа, рассмотрим кратко основные результаты исследований теплообмена плотного слоя. В табл. 1.1 приведен перечень работ, основные аналитические зависимости, характеристики условий проведения опытов и исполь зованных материалов.
Теплообмен при длительных процессах
В [152, 209] движущийся в вертикальных цилиндрических ка налах непродуваемый слой рассматривается как сплошная среда с эффективными характеристиками. При этом М. С. Бринн и др . [209]
используют |
аналитическое |
решение |
Гретца—Нуссельта |
[246] для |
||
теплоотдачи |
при |
безградиентном ламинарном течении жидкости, а |
||||
П. И. Николаев |
[152] — решение математически |
идентичной задачи |
||||
о нестационарной теплопроводности |
сплошного |
неограниченного |
||||
цилиндра при граничных условиях I рода. Экспериментальные дан |
||||||
ные, полученные |
авторами |
[152, 209] |
для мелкозернистых |
материа |
||
лов в широких каналах, удовлетворительно описываются теорети ческими зависимостями; специальные наблюдения подтвердили, что движение слоя близко к стержнеподобному. Позднее В. И. Малюкевичем [1431 в аналогичных условиях было выполнено экспери ментальное исследование, в котором измерялось распределение
8
температур в движущемся слое. Это распределение согласуется с температурным полем неограниченного сплошного цилиндра.
Указанные работы свидетельствуют о том, что в определенных условиях могут быть использованы решения, основанные на пред ставлении о стержнеподобном движении. Однако в большинстве слу чаев движение слоя заметно отличается от стержнеподобного, что делает неприменимыми указанные зависимости (см. гл. I I I ) . Пред ставление о слое как о сплошной среде использовалось при обобще нии опытных данных в экспериментальных исследованиях теплооб мена при продольном [28] и поперечном [57—59, 130, 131] омывании поверхностей. При достаточной продолжительности процесса эф фективные характеристики удовлетворительно учитывают условия переноса тепла.
Наиболее обоснованным является представление о плотном слое как о дискретной среде, развиваемое в работах 3. Р. Горбиса [45, 46]. В них приведена система дифференциальных уравнений, опи сывающих теплообмен класса дисперсных сквозных потоков, к ко торым принадлежит плотный слой. Вывод этих уравнений основан
на рассмотрении ячейки потока конечных |
размеров — частицы и |
окружающей ее газовой прослойки. |
В результате полу |
чены критериальные уравнения, в частности для межфазового теп |
|
лообмена в продуваемом слое и теплообмена непродуваемого слоя со |
|
стенкой. Подход, предложенный в [46], где рассматриваются в со |
|
вокупности прсцессы движения и теплообмена компонентов, наибо |
|
лее общий и соответствует физической сущности процесса. Полу |
|
ченная система уравнений в связи с переходом от конечноразностной |
|
формы к дифференциальной является |
приближенной, что отмечает |
и сам автор. При анализе теплообмена |
со стенкой в [46] рассматри |
ваются уравнения энергии и движения для всего |
потока в целом, |
а учет теплового и динамического взаимодействия |
компонентов про |
изводится с помощью дополнительных граничных условий. Нам представляется более целесообразным рассмотрение уравнений для каждого компонента в отдельности.
Теплообмену неподвижного продуваемого слоя с поверхностью посвящено значительное количество работ, большая часть которых обобщена и проанализирована А. Ф. Чудновским [190, 191] и М. Э. Аэровым с О. М. Тодесом [71. В этих работах изучалась в ос новном внутренняя задача — теплообмен со стенками каналов, за полненных дисперсной насадкой. В [6, 7, 129, 190, 191, 249] непо движный продуваемый слой рассматривается как квазигомогенная среда, характеризуемая эквивалентной теплопроводностью ^Э кв=
= f (Re,-r^-), |
и анализируются |
условия правомерности |
такого при- |
Лр |
|
|
|
ема. При расчете теплообмена со стенкой выделяется |
пристенное |
||
термическое сопротивление. В |
[7] для таких условий |
предложено |
|
аналитическое |
решение задачи |
о теплообмене, которая формули |
|
руется как задача нестационарной теплопроводности |
неограничен- |
||
9
Авторы
Бринн М. С. и др. [209]
Николаев П. И. [152]
Малюкевич В. И. [143]
Харакас Н.. Битти К
[222]
ДОНСКОЙ С. В.
[57—59]
Курочкин Ю. П. 11301
КуРочкин Ю . П. [131]
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а . 1. 1 |
Литературные |
данные |
по теплообмену плотного слоя с поверхностью нагрева |
|
|||
Теоретические исследования |
|
|
Экспериментальные |
исследования |
||
Предлагаемая модель |
Рекомендуемая |
зависимость |
|
Условия проведения опытов |
Характеристика сыпу |
|
процесса теплообмена |
|
чих материалов |
||||
Тепло |
отд ача |
непробиваемого |
слоя при |
длительны х |
процессах |
|
Теплообмен при безградиентном ла минарном движении жидкости в цилин дрических каналах
Нестационарная
теплопроводность сплошного неогра ниченного цилинд ра при граничных условиях 1 рода
То ж е
Стационарный пе ренос тепла от плос кой поверхности к безградиентно дви
ж у щ е й с я |
сплошной |
среде при |
< с т =cons t |
Стационарный теплообмен квази сплошной среды
Уравнение Гретца — Нуссельта д л я теплоотдачи при безградиентном ла минарном течении в канале
Уравнение нестационарной тепло проводности неограниченного цилин дра при граничных условиях 1 рода
. То ж е
улх
5 = 2 . / |
^ в о б » |
Движени е |
плотного |
|||
слоя в |
цилиндрических |
|||
каналах: |
£ > = 2 1 , 1 |
мм; |
||
L = 3 , 8 ; |
|
6,1 |
м; |
|
D = 1 5 , 8 |
|
мм; |
/ . = 3 |
, 1 м |
Д в и ж е н и е |
плотного |
|||
слоя в |
цилиндрических |
|||
каналах: |
D = 1 5 , 5 |
мм; |
||
L = 2 , 6 |
м |
|
|
|
Д в и ж е н и е плотного слоя в цилиндрических
каналах: О = 5 0 , 7 0 ліж;
D
L=2 м; -d > 3 0 ; 0 , 0 0 3 < F o < 0 , 8
Движение плоско го нагревателя в неподвижном слое
Кварцевый пе сок, смесь, 0,75 мм; ильменитная руда, смесь, 0,18 лии
Кварцевый пе сок, фракции 0,19; 0,29 мм.; коксо вая крошка, смесь, 0,85 мм
Кварцевый песок, смесь, 0,23 мм
Стеклянные ша рики, фракции 0,15 мм, 0,38 мм; порошок глинозема, 0,043 мм (воздух, гелий, фреон-12); порошок слюды .
0,0014 мм
Д л я |
одиночных цилиндров |
|
Поперечное |
омывание |
Кварцевый пе |
||
кг |
J g P e + ß |
|
одиночных цилиндров и |
сок |
|||
N u - |
А |
|
пучков: 0 = 1 8 |
мм; |
|
||
|
|
|
ѵ= |
1,24 |
-22 |
мм/сек; |
|
А = 0 , 0 3 7 з ( 1 |
0 0 ^ + 2 , 4 8 ) |
~ |
\ и |
0,75; |
- ^ = 4 и З |
|
|
0 = 0 , 2 0 7 ( і О О ^ — 4 , 3 э )
Д л я |
одиночных |
цилиндров |
Поперечное |
омывание |
Кварцеиый |
песок, |
||||||
^ . „ ^ ) |
(£)(£)- « = 1 , 4 - 7 - |
14 |
мм/сек; |
и |
||||||||
сухие |
и |
влажные |
||||||||||
|
|
|
одиночных |
цилиндров |
d— 0,2—0,35 |
мм, |
||||||
|
|
|
пучка: |
£>=25-4-75 мм; |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
угли |
|
|
|
|
|
|
|
d = 5 ; |
Ö |
= |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
N u = c P e 0 , 2 1 - j j |
Поперечное |
омыва |
|
Кварцевый |
песок |
||||||
|
|
|
ние профилированных |
|
сі=0 - г - 0,4; |
0,4-4-1 |
||||||
Д л я |
зллиптического профиля |
поверхностей |
|
|
1-4-3 |
мм |
|
|
||||
с = 0 , 0 4 1 2 ; д л я чечевицеобразного |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
профиля |
с = 0 , 0 4 3 7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|