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

вышало 3,8. На змеевиковом теплообменной участке движение ма­ териала происходите основном по поверхности ребер, трубки играют роль буртика и в теплообмене практически не участвуют, поэтому в качестве расчетной принята поверхность ребер.

Измерения свидетельствуют о резком возрастании температуры материала на начальных участках поверхности, затем темп роста заметно замедляется, температурный напор на выходе составляет 20—30° С. Ниже приводится анализ данных по теплообмену.

Влияние размеров поверхности. Результаты, полученные на раз­ личных установках, показали, что диаметр витка спирали и ширина ребер практического влияния на теплоотдачу не оказывают. По мере

удаления от входного сечения теплообмен ухудшается, что обуслов­ лено быстрым уменьшением температурного градиента вследствие прогрева слоя при более медленном снижении температурного на­ пора. Такой характер изменения локальной теплоотдачи приводит к тому, что с увеличением длины теплообменного участка средняя интенсивность теплообмена также падает.

На рис. V I . 12 приведены зависимости средних коэффициентов теплоотдачи концентрата от длины участка, полученные при раз­ личных расходах. Темп изменения во всех зависимостях составляет «~ 0,57. Эта величина несколько выше, чем для плотного слоя, омы­ вающего неподвижную поверхность [81], из-за влияния вибрации

153

ноценно, и определяющим фактором может служить скорость вибрации. Для песка ее увеличение до 40 мм/сек приводит к интен­ сификации теплообмена (опыты с концентратом в этой области не проводили, так как его движение очень неустойчиво). С ростом ско­ рости вибрации с 40 до 120 мм/сек теплоотдача обоих материалов несколько ухудшается, что можно объяснить увеличением высоты отрыва частиц и толщины воздушного зазора между слоем и поверх­ ностью. Видимо, в указанном диапазоне отрицательная роль этих факторов превалирует над положительным влиянием интенсифика­ ции движения. Однако снижение интенсивности теплообмена в этой области незначительно, лежит в пределах погрешности опытных данных и в расчетных формулах может не учитываться.

Влияние расхода материала весьма существенно: его увеличение обеспечивает заметную интенсификацию теплообмена. На рис. V I . 13 для всех исследованных поверхностей приведены зависимости сред­ них коэффициентов теплоотдачи (длина участка 0,6 м) от удельного

большим разбросом ложатся на одну прямую. Темп изменения ко­ эффициента теплоотдачи зависит от свойств материала. Аналогич­ ные результаты получены для участков различной длины.

Выше указано, что увеличение расхода сопровождается ростом толщины слоя, степень его расширения и скорость изменяются не­ значительно. Следовательно, основным фактором, обусловливающим интенсификацию теплообмена, является утолщение и увеличение веса слоя, приводящее при неизменных параметрах вибрации к уменьшению обладающего высоким термическим сопротивлением воздушного зазора между слоем и поверхностью. Сказываются и другие факторы — изменение характера движения частиц в слое и некоторое его уплотнение, приводящее к увеличению коэффициента

данные о влиянии толщины на теплоотдачу слоя, движущегося по наклонной вибрирующей поверхности, нам неизвестны. Имеются сведения об интенсификации теплообмена при увеличении до неко­ торого предела начальной толщины виброкипящего слоя, заключен­ ного в вертикальный сосуд, в условиях развитого кипения и при от­

плохими сыпучими свойствами, ниже, чем песка, причем расхождение

154

растет с уменьшением удельного расхода. Это объясняется разли­ чием в характере движения — менее интенсивным перемещением частиц концентрата и наличием прилипшего к поверхности слоя, создающего дополнительное термическое сопротивление.

Влияние температуры на теплообмен обусловлено изменением теплофизических характеристик слоя, главным образом коэффициг

ента эффективной теплопроводности. Повышение средней темпера­ туры материала с 50 до 200° С обеспечивает при прочих равных ус­ ловиях улучшение теплоотдачи на 10—12 %. Как показали резуль­ таты опытов, при повышенных температурах степень интенсификации

К

теплообмена пропорциональна соотношению ^

эфО

Расчетная зависимость, описывающая теплоотдачу слоя, движу­ щегося по спиральным вибрирующим термостатированным поверх­ ностям, представлена в виде

(VI.9)

155

ГЛАВА VII

ТЕПЛООТДАЧА ДВИЖУЩЕГОСЯ ПРОДУВАЕМОГО СЛОЯ

Как показано в гл. I , литературные данные по теплоотдач дви­ жущегося продуваемого слоя весьма немногочисленны; кроме то­ го, они получены в специфических условиях — при низких скорос­ тях продувки, малых временах контакта, механическом перемеши­ вании слоя. Расчетная зависимость предложена только в [230]. Такое состояние вопроса определило основные задачи нашей рабо­ ты: изучение главных закономерностей сложного процесса, проверка предложенного в гл. I подхода к его описанию и получение расчет­ ных рекомендаций.

Нами исследовалась теплоотдача при омывании вертикального цилиндра и сферы. Общее описание применявшихся при этом экспе­ риментальных установок приведено в гл. I I : они однотипны и раз­ личаются только конструкцией теплообменного участка. Опыты про­ водили при противоточном движении воздуха и насадки. Системы подвода, распределения и отвода воздуха обеспечивали равномерное распределение скоростей в районе расположения калориметров. Утечки предотвращались с помощью запорного узла (плотный слой насадки достаточной высоты) и промежуточного бункера, в котором поддерживалось такое же давление, как в теплообменной участке. Воздух распределялся специальным коллектором — системой вза­ имно-перпендикулярных перфорированных труб. Так как угол рас­ крытия струи в слое зависит от размера частиц, порозности слоя,

шие определить необходимые расстояния между подводящим возду­ ховодом и калориметром. Скорость воздуха во всех случаях была

напору между поверхностью и всем потоком (газ, частицы). Таким

тивление из общего не выделялось. Были приняты меры для созда­ ния условий, при которых поток может рассматриваться, как псевдо­ сплошная среда (см. гл. I) . Насадка и воздух поступали в установку с температурой окружающей среды, их водяные эквиваленты выби­ рали такими, чтобы нагрев не превышал 0,1—0,2° С.Благодаря это-

157

му продольные температурные градиенты были сведены к минимуму, среднеэнтальпийные температуры компонентов различались незна­ чительно. Кроме того, повысилась точность измерения температур потока размещенными в канале термопарами. Практическое равен­ ство температур твердого и газового компонентов подтверждалось калориметрическими измерениями и специальными замерами при отсутствии продувки.

Наряду с тепловыми величинами измеряли расход, объемный вес

и движущимся непродуваемым слоем. Результаты обобщали в со­ ответствии с критериальными уравнениями, полученными в гл. I .

Данные для режима фильтрации обрабатывали в соответствии с рекомендациями М. Э. Аэрова [71. Эти рекомендации, основанные на анализе и обобщении большого числа литературных данных по теп­ лопроводности и теплоотдаче неподвижного продуваемого слоя, представляются нам наиболее надежными.

Определяли также степень интенсификации теплообмена, об­ условленную переводом слоя в движение (по отношению к неподвиж­ ному продуваемому слою) и продувкой (по отношению к движущему­ ся непродуваемому слою).

VII. 1. СТЕСНЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ

В КОЛЬЦЕВЫХ КАНАЛАХ

В данном случае исследовали среднюю теплоотдачу при направ­ лении теплового потока от стенки к слою. Экспериментальный участок представлял собой кольцевой канал длиной 1,6 м, образо­ ванный кожухом (DK = 100 мм) и внутренним (исследуемым) ци­ линдром — электрокалориметром (D — 32 мм, L — 1 м, -^-•= 31).

В опытах измеряли температуры поверхностей калориметра и ко­ жуха в пяти сечениях по длине. На входе в экспериментальный учас­ ток и на выходе из него устанавливали гребенки термопар, измеряв­ шие температуры потока в шести точках по радиусу канала. Систе­ ма измерений позволяла определить методом стационарного режи­ ма не только средний коэффициент теплоотдачи к внутреннему ци­ линдру (уравнение (П.1)), но и теплопроводность неподвижного слоя при продувке и без нее (по уравнению стационарной теплопровод­ ности цилиндрической стенки).

В качестве насадки использовали сферические частицы алюмоси-

158