ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Тепло- и массообмен между поверхностью и кипящим слоем из "Расчеты аппаратов кипящего слоя" Теплообмен между газом и частицами (межфазный теплообмен) носит чисто конвективный характер, как и массообмен. Между этими процессами существует аналогия. На практике зависимости для расчета интенсивности теплообмена часто получают, изучая массообмен и используя аналогию процессов тепло- и массообмена. В дальнейшем одни и те же рассуждения применяются к описанию обоих процессов за исключением специально оговоренных случаев. [c.98] Межфазный тепломассообмен в КС рассматривается в сравнении с тепломассообменом единичной частицы. [c.98] В слое крупных частиц турбулизирующее действие соседних частиц на поток газа приводит к интенсификации процессов тепло-и массообмена в сравнении с одиночной частицей (рис. 2.3) [5]. [c.98] Здесь Мио = ао Ас, = юй с, где Хс и Ус — теплопроводность и кинематическая вязкость псевдоожижающей среды. [c.98] Коэффициенты тепло- и массообмена в слое здесь оказываются значительно меньше, чем от одиночной частицы. Это связано с усугублением неравномерности течения газа по сечению слоя при ламинарном режиме. [c.99] В экспериментах обычно замеряют среднюю температуру (или концентрацию) газа, выходящего из слоя высотой h. Обсчет экспериментов дает некоторое эффективное значение Nuq. [c.99] Однако даже при использовании в расчетах (см. пример 2.2) очень низких экспериментальных значений коэффициентов межфазного тепло- и массообмена (формулы (2.6) и (2.9)) высота активной зоны, в которой практически заканчивается тепломассообмен, в слое мелких частиц получается небольшой (рис. 2.4,а). [c.99] В КС крупных частиц высота активной зоны получается больше из-за увеличения скорости газа и уменьшения удельной (на единицу объема слоя) поверхности частиц. [c.100] Следует отметить, что большинство экспериментальных данных по межфазному тепло- и массообмену получено при идеально равномерном газораспределении (на решетках из пористых материалов). Тепло- и массообмен заканчивается на малой высоте в прирешеточной зоне, а нередко и вся высота слоя в экспериментах составляла 2—5 диаметров частиц. В этих условиях газовых пузырей в слое нет. [c.100] В промышленных аппаратах с колпачковым или перфорированным газораспределением газ входит в слой неравномерно в виде струй, из которых образуются газовые пузыри. Процессы межфазного тепло- и массообмена начинаются здесь в основном после того, как газ из пузырей и струй попадет в плотную фазу слоя. Это увеличивает высоту Н зоны полного прогрева и усложняет ее расчет. В плотной фазе межфазный тепло- и массообмен идет примерно так же, как в плотном слое при = 1. Поэтому газ, попадающий из пузырей и струй в слой более горячих мелких частиц За 2 мм), быстро прогревается (рис. 2.4,а), а газ, втекающий в пузырь снизу из плотной фазы в процессе его циркуляции около пузыря, уже прогрет. [c.100] Предполагая, что в пузыре газ идеально перемешивается и учитывая, что теплота от газа передается еще и частицам, просыпающимся сквозь пузырь (в слое мелких частиц это очень важно), можно рассчитать (см. пример 2.3) высоту к, на которую поднимется пузырь за время уменьшения избыточной температуры газа в нем в 100 раз. В худшем случае (в интервале диаметров частиц 0,2—0,5 мм) эта высота (рис. 2.4,6) составляет порядка двух диаметров пузыря. Общая высота слоя обычно больше. Таким образом, в слое мелких частиц с 2 мм теплообмен между газом и частицами обычно заканчивается полностью, т, е. газ покидает слой с температурой, равной температуре слоя, либо в случае массообмена — с концентрацией, равной концентрации примеси у поверхности частиц. [c.100] Существенные отклонения от равновесных условий могут иметь место лишь в случае, когда струи, выходящие из решетки, достигают поверхности слоя. Расчеты при этом следует проводить с учетом гидродинамики течения газа через пузыри и сплошную фазу [9]. [c.100] Пример 2.2. Рассчитать высоту Н зоны, в пределах которой закончится прогрев воздуха в слое стеклянных шариков. Границей зоны прогрева считается высота, на которой исходный перепад температур между частицами и воздухом уменьшится в 100 раз (т. е. 0 = 0,01, см. формулу (2.12)). [c.101] Свойства воздуха принимаются при температуре 20 °С Рс = 1,205 кг/м , Гс = 15,06-10-е м2/с. Ос = 21,4-10-е ,2/с, Рг = 0,703, Хс = 2,59-10-2 Вт/(м-К), плотность стекла Рм = 2900 кг/м . [c.101] Высота зоны прогрева Л = 1 -10 -168,5-0,703 1п 0,01/[6-14,45(1 —0,65)] = = 18 мм. [c.101] Аналогичные расчеты были выполнены для других диаметров частиц и чисел псевдоожижения и по результатам расчетов построен график 2.4. а. [c.101] Пример 2.3. Рассчитать высоту подъема пузыря, в пределах которой разность температур 1 между газом в пузыре и частицами уменьшится в И)0 раз. [c.101] Аналогичные расчеты вполнены для других диаметров частиц и размеров пузыря. Результаты их приведены на рис. 2.4, б. Они совпадают с экспериментальными данными, опубликованными в [12, с. 206—229], где получено, что в слое стеклянных шариков й = 0,25 Ч- 0,3 мм при подъеме пузыря на 27,7 мм за время, меньшее 0,05 с, избыточная температура газа в нем уменьшалась в 4 раза. [c.102] Вернуться к основной статье