ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Особенности теплообмена в слое при перекрестном движении материала из "Топливо Кн2" Одна из главных задач при подготовке железорудного сырья к плавке — повышение качества готовой продукции и снижение расхода технологического топлива на процесс. Решение этих задач возможно при условии глубокого изучения теплофизических особенностей рассматриваемых процессов. [c.161] К настоящему времени в трудах отечественных и зарубежных авторов достаточно подробно разработан общий методологический подход к решению задач теплообмена в плотном слое. Обзоры работ по теплообмену в слоевых процессах приводились в монофафиях Э. М. Гольдфарба, Б. И. Китаева и др., С. В. Базилевича и др., С. Г. Братчикова и др. [9.14-9.19,9.23] и в ряде других работ. В гл. 5 рассмотрены общие подходы к математическому моделированию теплообмена в плотном слое. В данном параграфе в развитие этих положений рассмотрены особенности теплообмена, характерные для основных процессов окускования сырья. [c.161] Физическая модель этой схемы следующая движущийся со скоростью кусковой материал, имеющий одинаковую температуру и высоту Н , вступает в теплообмен с газом, температура которого на входе в слой равна Скорость газового потока на свободное сечение оценивается величиной , а его толщина При упрощенном рассмотрении процессов теплообмена в слое кусковых материалов используют двумерную схему расчета (см. кн. 1, гл. 5, п. 5.2) и исходят из следующих допущений слой кусковых материалов однороден по своему фракционному составу тепловой поток от газа к кускам в любой точке слоя пропорционален разности температур между газом и поверхностью кусков, т.е. определяется законом Ньютона коэффициент теплоотдачи от гдаа к кускам одинаков не только для всех точек поверхности куска, но и по всей высоте и сечению слоя теплофизические свойства кусков слоя и газа не зависят от температуры и принимаются средними передача тепла в газе и в слое от куска к куску путем теплопроводности отсутствует изменения в объеме газа и слоя, связанные с изменениями температуры, невелики, что позволяет пренебречь ими потоки газа и кусковых материалов равномерно распределены по сечению аппарата и расходы их неизменны стенки аппарата, где размещается слой, непроницаемы для газа и идеально теплоизолированы. [c.162] При таких допущениях можно описать процессы теплообмена в слое относительно простыми аналитическими зависимостями. Рассматривается теплообмен между потоками материала и газа в установившемся состоянии, когда температуры и материала, и газа в какой-либо точке теплообменника не зависят от времени. Такое стационарное состояние наступает после пуска аппарата или при изменении режима его работы по истечении некоторого времени, которое при самых неблагоприятных условиях теплообмена численно не превыщает двукратного времени пребывания материала в аппарате. За основу принимается двумерная схема расчета, вводится в рассмотрение продольная у и поперечная х координата (см. рис. 9.5). [c.162] Рассмотрим сначала такой случай охлаждения (нагрева) слоя, когда разностью температур по сечению кусков можно пренебречь (слой термически тонких частиц). Это может быть тогда, когда число подобия Био, характеризующее частицу слоя радиуса К, мало, т.е. В = 0,5, где — коэффициент теплоотдачи, отнесенный к единице поверхности кусков слоя, Вт/(м К) — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(мК). [c.162] Знаки при производных dtjdx и dtjdy положительны, если в процессе теплообмена температура газа повышается (при нагреве слоя знаки будут отрицательными). В уравнении (9.5) использованы следующие обозначения — коэффициент теплоотдачи на единицу объема слоя, Вт/(м К) с. — удельная массовая теплоемкость газа, Дж/ (кг К) р , — плотность газа, кг/м — температура газа, °С —температура материала, °С. [c.163] Преобразование полученного уравнения выполним, уменьшая число переменных. Из рис. 9.5 следует, что = w os ф и = w ,sin ф. [c.163] Уравнения (9.6) и (9.7), дополненные начальными и граничными условиями, определяют общую математическую формулировку рассматриваемой задачи. [c.163] При л = О или х = 4 tg ф величина = tj, при у = 0 величина = Г/. [c.163] Для переменной У учтено, что fiw = w , где — теплоемкость 1, м газа, Дж/ (м -К). [c.164] Расчетные формулы для неподвижного слоя и перекрестного тока становятся идентичными, если теплоносители (материал и газ) движутся под прямым углом. Такая схема теплообмена характерна для агломерационных и обжиговых машин, охладителей ленточного типа, применяется при охлаждении агломерата на ленте и в других аналогичных случаях. Действительно, при этом угол встречи потоков равен ti/2, и в формуле для Г величина sin п/2 =1 (при этом Г = Y), а Z оказывается равным Z в результате того, что в формуле (9.12) обращается в нуль ( os п/2 = 0). [c.165] Общность математических формулировок задач по нагрещ и охлаждению материалов в неподвижном слое и при перекрестном токе движения теплоносителей обусловливает возможность применения расчетного аппарата и вспомогательных графиков, разработанных в ходе решения задач для неподвижного слоя материалов, к анализу теплообменных процессов в потоках материала и газа, когда они движутся в пространстве под некоторым углом относительно друг друга. [c.165] При больших значениях термической массивности частиц, образующих слой, в процессе теплообмена между поверхностью и центром куска возникает существенный перепад температур. Чтобы описать динамику нагрева (охлаждения) куска в этом случае, необходимо знать закономерности изменения температурного поля по сечению материала [см., например, кн. 1, гл. 5, п. 5.5]. [c.165] Введение суммарного коэффициента теплопередачи позволило в свое время Б. И. Китаеву представить результаты гидравлического интефирования задач с разными значениями В1 на одном фафике, совпадающем с данными для слоя из тонких частиц. В общем случае термическое сопротивление частиц слоя зависит, кроме формы частиц и числа В1, также и от относительного времени нафева Ро, и от расположения частиц в слое — относительной высоты слоя У. [c.166] При достаточно большом значении числа Ро в выражении (9.20) можно пренебречь всеми членами, кроме первого (при Ро 0,5 ошибка не будет превышать 6 %). Тогда коэффициент массивности будет равен 6=1+ В1/5. [c.166] Таким образом определяют все четыре температуры — газа, поверхности, среднюю по массе и центра материала, отражающие динамику процессов охлаждения и нагрева в слое. [c.167] Ориентировочная оценка погрешности расчета с введением коэффициента массивности Ь показывает, что при В 10 ошибка расчета не превышает 5-8 % она уменьшается при уменьшении В1. При В1 10 ошибка вычислений по этой приближенной методике возрастает. [c.167] Из уравнений (9.16), (9.17), (9.25) и (9.26) видно, что температура изменяется по высоте слоя и во времени и зависит как от параметров теплоносителя (температуры, состава, скорости фильтрации), так и от размера частиц слоя и его порозности. [c.167] Вернуться к основной статье