ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Двухфазная турбулентность в псевдоожиженном слое из "Моделирование процессов массо- и энергопереноса" Специфическая особенность псевдоожижения как двухфазного гидромеханического процесса — многообразие стохастических связей между отдельными гидродинамическими явлениями и феноменами в слое. Поля скоростей движения фаз в псевдоожиженном слое вследствие флуктуаций различной природы имеют весьма сложную структуру, и детальное описание их оказывается крайне громоздким. Кроме того, нестационарный характер полей скоростей и сильная зависимость структуры полей от случайных начальных условий делают детальное описание гидродинамических полей в псевдоожиженном слое практически бесполезным. [c.137] Анализируя многочисленные экспериментальные данные по гидромеханике псевдоожиженного слоя, можно выделить три типа флуктуаций. [c.138] Приближенные оценки частотных характеристик микроскопических и когеррентных флуктуаций в псевдоожиженном слое могут быть получены при анализе кинетического уравнения, в котором учитываются близкодействующие взаимодействия [7—9]. Так, например, для частиц диаметром 1—5 мм при скоростях ожижающего газа 1,5—5 м/с фазовые скорости распространения микроскопических колебаний оказываются порядка 0,5—1,0 м/с при частотах 8—20 Гц. Фазовая скорость когеррентных колебаний в системе отсчета, связанной с центром инерции частиц твердой фазы, для этих же условий оказывается порядка 5—25 см/с. [c.138] Из рассмотрения этой матрицы следует, что вертикальные проекции скоростей частиц Ог зависят в большей степени от радиальной координаты г и в меньшей степени от вертикальной координаты г. Это соответствует тому, что при циркуляционном движении частицы имеют максимальную вертикальную скорость в верхней части центрального ядра (большие г и малые г). При нисходящем движении в периферийной зоне циркуляционного течения частицы двин утся, замедляясь сверху вниз, имея большие вертикальные компоненты скорости в верхней части слоя (большие г и большие г) и меньшие вертикальные компоненты в околосеточном пространстве (малые г). Радиальная составляющая скорости частицы Юг зависит в большей степени от вертикальной координаты г) и в меньшей степени от радиальной (г). Частицы, участвующие в циркуляционном течении, имеют заметные радиальные составляющие скорости только в зонах поворота, т. е. в нижней части слоя (малые г) и в зоне выброса (большие 2). Тангенциальная составляющая скорости зависит в основном только от радиальной координаты г. Это связано, по-видимому, с тем, что при постоянной угловой скорости тангенциальная составляющая скорости частицы прямо пропорциональна радиусу. Отсутствие связей между проекциями скорости частицы и ее угловой координатой ф отражает аксиальную симметрию цилиндрического псевдоожиженного слоя. Средне-статистические картины движения частиц в любом меридиональном сечении слоя одинаковы. [c.139] Качественный анализ геометрии циркуляционных течений в псевдоожиженном слое может быть проведен на основе рассмотрения распределений частиц по временам пребывания в различных зонах слоя. Результаты таких исследований для некоторых режимов и типов псевдоожиженных слоев приведены в [10—12]. [c.140] Одной из важнейших характеристик динамики твердой и газовой фаз псевдоол иженного слоя является скорость движения фаз. Однако в связи с тем, что псевдоожиженный слой представляет собой статистическое образование, средняя скорость движения фаз не может служить исчерпывающей характеристикой. Более полными характеристиками являются статистические распределения по скоростям или функции плотностей вероятностей для скоростей движения фаз. Используя распределения по скоростям, можно при помощи процедуры осреднения получить средние значения любой однозначной функции скоростей движения фаз. Таким образом, знание статистических функций распределения для скоростей движения фаз — необходимое условие корректной оценки средних значений большинства кинематических и гидромеханических величин, характеризующих протекание технологических процессов в псевдоожиженном слое. [c.140] Дальнейшее увеличение скорости ожижающего агента приводит вновь к образованию устойчивых, быстро циркулирующих вихревых течений, что отражается в резких максимумах на кривых. [c.143] И объясняется рост коэффициента асимметрии распределений с увеличением диаметра частиц. [c.148] Исследование распределений и статистических характеристик пульсационных составляющих скоростей движения твердой фазы в псевдоожиженном слое является важным потому, что, во-первых, пульсационньте гостявляющие скоростей при разви том псевдоожижении оказываются по величине такого же порядка, что и скорости осредненного движения и тем самым представляют собой важную характеристику кинематики твердой фазы, и, во-вторых, знание статистических характеристик пульсационных скоростей необходимо для анализа процессов перемешивания твердой фазы. [c.148] На рис. 3.10 и 3.11 представлены зависимости среднеквадратичных значений пульсационных составляющих аксиальной и радиальной компонент скорости движения частиц от параметров слоя. Как видно из рис. 3.10, зависимости среднеквадратичных значений пульсационных составляющих скоростей от скорости ожижающего агента носят немонотонный характер и имеют пологий максимум. Зависимости (ю г) и (и ) от диаметра частиц (рис. 3.11) носят убывающий характер. Уменьщение среднеквадратичного значения пульсационной составляющей с ростом диаметра частиц объясняется тем, что при одной и той же скорости ожижающего агента число псевдоожижения для частиц малого диаметра больще (при одной и той же плотности), а тем самым больще и интенсивность псевдоожижения и уровень флуктуаций. С увеличением отнощения высоты слоя к диаметру величины среднеквадратичных значений пульсационных составляющих аксиальной и радиальной компонент скорости движения частиц несколько возрастают. [c.149] Оценка степени корреляционной связи с помощью корреляционного отношения приводит к значениям 0,4—0,6. [c.153] Монодисперсный псевдо-олсиженный слой представляет собой систему, которая обладает наиболее характерными чертами псевдоожижения, как гидромеханического процесса. [c.153] В промышленной практике встречаются, однако, процессы, в которых твердая фаза характеризуется некоторым распределением частиц по размерам. Исследования полндис-персных псевдоожиженных слоев позволяют оценить возможность распространения теоретических результатов и расчетных методов, полученных для монодисперсных слоев, на полидисперсные системы. [c.153] На рис. 3.16 представлены нормированные автокорреляционные функции случайных процессов изменения компонент скоростей движения частиц твердой фазы псевдоожиженного слоя Уг(0 и у, (/). Как видно из рис щка, все представленные автокорреляционные функции носят характер затухающих гармонических колебаний. Характер расположения экспериментальных точек вблизи оси ординат дает основание полагать, что автокорреляционные функции имеют гладкий максимум при т=0, что характерно для дифференцируемых случайных функций. [c.155] Используя численные методы Фурье-преобразования можно по автокорреляционным функциям определить функции спектральной плотности, а затем оценить положение максимума в спектре Юмако и протяженность спектра Аи. [c.155] Величина совпадает со средним квадратом пульсационной составляющей аксиальной скорости газа, а спектральные параметры Сщ, и Ма, пропорциональны соответственно протяженности спектра и положению максимума в спектре. [c.158] При анализе зависимостей различных статистических характеристик движения фаз в псевдоожиженном слое от скорости ожижающего агента оказывается, что эти зависимости имеют немонотонный, экстремальный характер (см., например, рис. 3.1, 3.5, 3.7, 3.10, 3.17, 3.20). Это связано с тем, что псевдоожиженный слой представляет собой промежуточное образование между двумя упорядоченными состояниями неподвижным слоем при скорости ожижающего агента меньше критической и пневмотранспортом при скорости ожижающего агента больше скорости уноса. При этом все высшие моменты (начиная со второго) статистических функций распределения кинематических характеристик движения твердой фазы должны иметь нулевые или близкие к тому значения в этих предельных состояниях. Тем самым зависимости этих параметров от скорости ожижающего агента должны иметь по крайней мере один максимум в области существования псевдоожиженного слоя. [c.161] На рис. 3.23 представлено изменение форм распределения при увеличении масштабного фактора. Рисунок построен по материалам исследования [10] псевдоожиженных слоев в аппаратах диаметром от 65 мм до 495 мм, т. е. при изменении масштабного фактора от 1 до 7,6. [c.162] Вернуться к основной статье