Файл: Календерьян В.А. Теплоотдача плотного движущегося слоя и методы ее интенсификации.pdf

не изучены вопросы о воздействии вибрации на коэффициенты внеш­ него и внутреннего трения, объемный вес движущегося слоя, про­ цессы его истечения, возникающие в нем усилия. На необходимость широкого и всестороннего рассмотрения процесса движения в ка­ налах в условиях вибрации указано в [55], где приведены некоторые соображения об изменении коэффициента сопротивления движению под действием вибрационных сил. Не изучены процессы распростра­ нения и затухания колебаний в движущемся слое, их влияние на ха­ рактер омывания различных поверхностей. Исследования теплооб­ мена движущегося слоя с поверхностью ограничиваются работами Д . П. Львова и др. [136—138]. Зависимости для расчета теплообмена в условиях вибрации, степени интенсификации отсутствуют. Важ­ ность дальнейшего изучения указанных процессов очевидна.

При вибрации поверхности нагрева или слоя на гравитационное движение материала накладывается движение, обусловленное этими дополнительными силами, что несомненно сказывается на интенсив­ ности теплообмена.

Получим критериальные уравнения движения для таких усло­ вий, рассматривая слой как сплошную среду. Пусть в слое, движу­ щемся в канале, имеются источники вибрации (например, виброзон­ ды), совершающие направленные (составляющие с вертикалью угол у) синусоидальные колебания с амплитудой А0 и угловой частотой со. К действующим в слое силам (веса, трения и нормального давления) необходимо присоединить силу инерции, равную произведению мас­

энергии в сплошных средах предположить, что относительное изме­ нение энергии пропорционально расстоянию, то получим экспонен­

130

лебаний в слое. Никаких сведений об этой величине для движущего­ ся слоя в литературе нет, для ее определения необходимы теорети­ ческие и экспериментальные исследования. Предварительно можно полагать, что \х зависит от свойств материала (коэффициента внут­ реннего трения, размера частиц), плотности укладки, скорости и

2) физико-механические характеристики сыпучей среды посто­ янны;

3)сила вибрации, создаваемая системой вертикально вибрирую­ щих зондов, приложена в начальном сечении канала (х — 0), по­ стоянна по сечению, направлена вертикально вниз, за один полу­ период (когда зонды движутся вниз) изменяется от нуля до макси­ мума, в течение другого полупериода (когда зонды движутся вверх) равна нулю;

4)осредненная за период сила вибрации убывает вследствие

и касательного напряжения трения на стенках х х

(VI . 4)

сказывается и на величине первого члена в уравнениях (VI.4), уве­ личивая его, так как, согласно [55], коэффициенты / ' и х уменьша­ ются. Эти обстоятельства необходимо учитывать при расчете аппа­ рата на прочность.

Приведенные зависимости позволяют проанализировать харак­

Д л я использования уравнений (VI.4) необходимы сведения о физикомеханических характеристиках сыпучей среды p^, f ' , tg ср, х, р, в условиях движения и вибрации.

Рассмотрим упрощенную модель для оценки степени интенсифи­ кации теплообмена под влиянием вибрации. Пусть в продольно дви­ жущемся слое источники вибрации создают периодические попереч­ ные перемещения из ядра потока к поверхности порций материала, которые внедряются в тепловой пограничный слой, вытесняя из него прогретый материал. Такие поперечные перемещения сопровожда­ ются дополнительным переносом тепла и приводят к интенсифика­

(коэффициент % учитывает расстояние H источника от поверхности, угол между направлениями колебаний и гравитационного дви­ жения) ;

132

б) увеличение теплового потока к стенке пропорционально ко­ личеству тепла, переносимого этим материалом,

•СѴт (t — t.)

(коэффициент пропорциональности m,2 учитывает влияние ряда фак­ торов, не отраженных в описанной упрощенной модели: изменение плотности укладки и, следовательно, эффективной теплопроводнос­ ти слоя под влиянием вибрации; изменение физико-механических свойств слоя и характера движения в пристенной зоне). Если при­ нять, что температуры стенки и материала в пограничном слое близ­

(VI. 5)

Таким образом, для конкретного материала определяющим фак­ тором является относительная скорость вибрации. Уравнение (VI.5) приводится к расчетному виду на основании обработки опытных даньых.

В общем случае степень интенсификации теплообмена определя-. ется зависимостью

(VI. 6)

учитывающей также в явном виде влияние геометрических факторов

и сыпучих свойств материала.

Силы вибрации могут быть приложены: а) к теплообменной по­ верхности; б) к движущемуся с л о ю — с помощью погруженных в него специальных устройств (виброзондов) ; в) к стенкам канала, в котором движется слой. Каждый из этих вариантов имеет ряд досто­ инств и недостатков, и выбор между ними должен производиться с учетом конкретных условий.

Нами совместно с С. С. Титарем изучалась теплоотдача при виб­ рации: 1) одиночных цилиндров [91, 99, 181], пучков и спиральных поверхностей [102]; 2) слоя, омывающего одиночные цилиндры [90] и трубный пучок. Наряду со средним изучался локальный теплооб­ мен [101] и характер движения слоя [100, 211], что позволило пол­ нее уяснить причины влияния вибрации.

Исследовалось влияние параметров и направления вибрации в зависимости от положения поверхности нагрева (горизонтальное, вертикальное) и ее конфигурации (гладкая, ребристая), а при при­ менении виброзондов — их формы, размеров и расположения. В опы­ тах использовались материалы с различными сыпучими свойствами— кварцевый песок и концентрат ртутьсодержащей руды.

Опыты с трубчатыми поверхностями проводили на установке, описание которой приведено в гл. I I . Методика исследований, кон-

133