Файл: Лукьянов, П. И. Аппараты с движущимся зернистым слоем. Теория и расчет.pdf

Таким образом, характеристики всего потока выражаются параметрами wx и а и уравнение (74) преобразовывается к виду

^ш ах __ с / х . О \

щ ~ ' V R 0 ’ ~лГ / •

Из условия динамического подобия следует, что во всех по­ перечных сечениях, независимо от скорости потока

т. е. угол раскрытия струи остается постоянным.

С помощью уравнений (75), (76) и (66) аналитически опреде­ ляются все характеристики потока, за исключением опытного коэффициента С.

Расстояние от начального сечения /—/ до полюса О

Тангенс угла а, равного половине угла расширения струи tg а = 3,4а.

Скорость на оси основного участка

0,96

ах + 0,29■Wa.

Расстояние I между соплом и сечением, на котором струя достигает стенки аппарата, определяется уравнением

Формула (77) показывает, что ядро струи имеет относительно большую длину: например, при г0 = 300 мм хн = 2870 мм. В про­ мышленных аппаратах высота надслойного объема обычно не пре­ вышает указанную величину, поэтому в отсутствии специального выравнивающего устройства ядро струи распространяется до поверхности зернистого слоя.

Вследствие резкого возрастания гидравлического сопротивле­ ния газовый поток растекается по поверхности слоя от центра к периферии. В результате инжектирующего действия этого по­ тока в поверхностных участках центральной части слоя создается зона низких скоростей или даже зона со встречным потоком газа. Поэтому важной задачей изучения поля скоростей в надслойном

Если турбулентная струя вводится из сопла непосредственно в зернистый слой, выравнивание профиля скоростей происходит значительно интенсивнее.

Для определения угла раскрытия турбулентной воздушной струи в зернистом слое рекомендуется эмпирическая формула

При X Н 0 поле скоростей стабилизируется, т. е. дальней­ шее увеличение высоты не приводит к заметному уменьшению степени неравномерности распределения скоростей. Это объяс­ няется тем, что у стенок аппарата порозность зернистого слоя обычно выше, чем в центральной части слоя. Кроме того, в реаль­ ных условиях у вертикальных стенок образуется пограничный слой с твердыми частицами средней крупности.

Распределение скоростей в установившемся потоке газа в зер­ нистом слое при значениях Re до ПО описывается уравнением

скоростей уменьшается, поскольку уменьшается коэффициент сопротивления %, входящий в формулу для определения гидрав­ лического сопротивления.

Записывая эту формулу для периферийных и центральных участков слоя и принимая перепад давления Др = const, для

Аналогичный метод используют для определения соотношении между w и wc в более общих случаях движения газа.

При ламинарном режиме потока отношение скоростей газа пропорционально квадрату отношения диаметров частиц. В пе­ реходной турбулентной области это отношение уменьшается до

132

При высокой скорости газового потока в некоторых случаях выполняется условие автомодельности

Значительная неравномерность распределения скоростей воз­ никает в аппаратах небольшого диаметра (трубах). Отношение максимальной скорости газа в зернистом слое на расстоянии, равном 1,5d (от стенки трубы), в 2 раза больше минимальной ско­ рости в центральной части слоя. Отмечены значительные флук­ туации скоростей газа вследствие случайных колебаний плот­ ности укладки частиц. Они затрудняют выявление количественных зависимостей и требуют детального статистического анализа экспериментальных данных. Вероятно, это позволит объяснить причину расхождений выводов различных авторов, в частности, о зависимости положения зоны максимальных скоростей от диа­ метра частиц.

При значительном уменьшении или увеличении отношения диаметра трубы dT к диаметру частиц d распределение, скоростей становится более равномерным. Этим, по-видимому, объясняется уменьшением коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к зер-

d

нистому слою, продуваемому газом, при значениях отношения -j-

меныпих или больших 0,15. Заметно влияет изменение про­ филя скоростей на эффективную теплопроводность зернистого слоя.

В аппаратах больших размеров неравномерность распределе­ ния газовых потоков возникает вследствие образования внутрен­ них локальных зон с неодинаковой порозностью зернистого слоя. Размеры этих зон тем больше, чем больше поперечные размеры слоя; поэтому наиболее эффективным способом выравнивания поля скоростей в промышленных аппаратах является разделение кон­ тактной зоны на ряд параллельно соединенных элементов, а также искусственное увеличение общего гидравлического сопротивления с помощью решеток, диафрагм и др.

Для равномерного распределения газового потока по сечению контактной зоны во многих аппаратах используют раздающие трубы, короба и другие устройства, установленные внутри зер­ нистого слоя. С помощью таких устройств газ вводится или выво­ дится по всей их длине через отверстия, жалюзи, пористую стенку

И т. д.

При постоянном поперечном сечении раздающего коллектора статическое давление максимально в его средней части. Это объяс­ няется тем, что при большей скорости газа внутри начального участка трубы статическое давление уменьшается из-за потерь на трение в большей степени, чем возрастает из-за снижения ли­ нейной скорости вследствие выхода газа в зернистый слой.

В конце канала статическое давление также максимально вслед­ ствие относительно низкой скорости движения газа. В середине канала статическое давление и расход газа максимальны.

По данным работы П. Н. Платонова и др. расход воздуха qx (в м3/с) на 10см длины короба, установленного внутри слоя частиц размером 3—4 мм, приближенно описывается уравнением

qx = 0,000118 + 0,129 £ Ц— 0,256 £ qx + 0,284 £ qx2,

где Я — высота слоя; р и р — плотность и вязкость газа; w — средняя линейная скорость газа, рассчитанная на свободное се­ чение трубы; d—средний диаметр, определяемый для смеси шаро-

134

Для частиц, не имеющих форму шара, средний диаметр опре­ деляется отношением равновеликого по объему или весу шара d0,

кфактору формы ф, равному отношению поверхности гранулы

кповерхности равновеликого по объему шара (см. гл. I):

d = d 0/ф.

Формулу для определения гидравлического сопротивления зернистого слоя также записывают в виде зависимости между безразмерными параметрами

APgdp _ ф ( dG\

Эта зависимость для шарикового алюмосиликатного катали­ затора с частицами средней крупности 3,7 мм дана на рис. 81.

При расчете переточных труб, выполняющих роль устройства для предотвращения перетока газа из зоны повышенного в зону пониженного давления, используется формула

Ар = Ну,

где Н — высота трубы; у — плотность движущего слоя сыпучего материала.

135