dynamika tekutin; přenos tepla a hmoty; a další témata
experimentální vyšetřování koeficientu tepelné vodivosti a výměny tepla mezi fluidním ložem a nakloněným výměnným povrchem
B.StojanovicI,*; J. JanevskiII; m. StojiljkovicIII
Ifakulta strojního inženýrství, Univerzita Nis, Srbsko, Aleksandra medevedeva 14, 18000 NIS, Srbsko. E-mail: [email protected]
Iifakulta strojního inženýrství, Univerzita Nis, Srbsko, Aleksandra Medevedeva 14, 18000 Nis, Srbsko. E-mail: [email protected]
Iiifakulta strojního inženýrství, Univerzita Nis, Srbsko, Aleksandra Medevedeva 14, 18000 Nis, Srbsko. E-mail: [email protected]
abstrakt
Příspěvek představuje experimentální výzkum koeficientů tepelné vodivosti křemičitého pískového lože fluidizovaného vzduchem a experimentální zkoumání vlivu velikosti částic na koeficient přenosu tepla mezi fluidním ložem a nakloněnými výměnnými plochami. Měření byla provedena pro specifickou rychlost fluidizace a průměry částic písku dp=0,3, 0,5, 0,9 mm. průmyslové využití fluidních lůžek v posledních 20 letech rychle roste díky jejich užitečným vlastnostem. Jednou z vynikajících vlastností fluidního lože je to, že má tendenci udržovat jednotnou teplotu i při nerovnoměrném uvolňování tepla. Na základě experimentálního výzkumu byl analyzován vliv provozních parametrů procesu na získané hodnoty tepelné vodivosti lože. Výsledky ukazují přímou závislost tepelné vodivosti na intenzitě míchání, stupni fluidizace a velikosti částic. V axiálním směru mají koeficienty, které byly ošetřeny, hodnoty o celé pořadí vyšší než v radiálním směru. Porovnání výsledků experimentálního výzkumu s experimentálními výsledky jiných autorů ukazuje dobrou shodu a stejnou tendenci změny tepelné vodivosti. V literatuře je dobře známo, že hodnota koeficientu přenosu tepla je nejvyšší v horizontální a nejmenší ve svislé poloze povrchu výměny tepla. Změna přenosu tepla v závislosti na úhlu sklonu není podrobně zkoumána. Rozdíl mezi hodnotami relativního koeficientu přenosu tepla mezi vertikální a horizontální polohou ohřívače pro všechny velikosti částic se snižuje přibližně o 15% se zvýšením rychlosti fluidizace.
klíčová slova: fluidní lože; přenos tepla; povrch; tepelná vodivost částic; křemičitý písek; Experiment.
Úvod
od svého vzniku přitahoval fenomén fluidizace pozornost mnoha vědců. Jeho použití v mnoha technologických operacích vychází z jeho vynikajících vlastností, které se odrážejí v: intenzivní míchání pevných částic, vysoká kontaktní plocha mezi plynem a pevnými částicemi, téměř konstantní teplota v celém loži, stejně jako jednoduché vkládání a odstraňování materiálu z lože. V posledních několika desetiletích byly publikovány četné práce a studie procesu fluidizace a její aplikace, z nichž většina je založena na experimentálním výzkumu. Oblast vedení tepla byla pro vědce velkým zájmem, protože fluidní lože se vyznačuje vysokou tepelnou vodivostí. Navzdory velkému počtu článků, které se tímto problémem zabývají (Massoudi and Phouc, 2007), jsou závěry jejich autorů velmi nesourodé, někdy dokonce protichůdné. Důvody tohoto rozptylu výsledků spočívají v odlišných podmínkách, za kterých jsou tyto experimenty prováděny. Tyto skutečnosti motivovaly experimentální výzkum s hlavním cílem stanovení koeficientů tepelné vodivosti fluidního lože pro částice křemičitého písku různých frakcí. Na základě získaných hodnot koeficientu přenosu tepla lze usoudit, že tendence změny koeficientu přenosu tepla zůstává stejná, nezávislá na velikosti částic. Tendence změny koeficientu přenosu tepla se zvyšováním rychlosti fluidizace je u větších částic méně významná. Vliv nejdůležitějších parametrů na hodnoty koeficientů tepelné vodivosti fluidního lože byl analyzován pomocí získaných experimentálních výsledků.
Díky velmi účinnému kontaktu mezi plynem a částicemi, tj., fluidní lože a ponořené povrchy nebo stěny pro výměnu tepla, fluidní lůžka mají velmi intenzivní výměnu tepla. Přenos tepla mezi fluidním ložem a povrchy ponořenými do lože je funkcí dynamických charakteristik lože (Martin, 1984), především pohybu bublin a intenzity míchání částic. Je však zřejmé, že rychlost fluidizace a velikost částic jsou nejvlivnějšími faktory vyměňovaného množství tepla mezi povrchy.
klíčovými faktory přenosu tepla mezi ponořeným povrchem a fluidním ložem jsou také pohyb částic v blízkosti povrchu přenosu tepla, doba kontaktu s povrchem a koncentrace částic na stěně (Zarghami et al ., 2007). Pohyb plynu a částic nad, nad a na boční straně výměnných ploch je specifický, takže změny v těchto zónách jsou většinou zkoumány v literatuře.
složitost problému a většina ovlivňujících faktorů, které je obtížné zahrnout do rovnic, způsobují, že experimentální stanovení koeficientu přenosu tepla bude přijato metodou.
tepelná vodivost fluidního lože
vzhledem k tomu, že měrná tepelná kapacita pevných částic je objemově vyšší než měrná tepelná kapacita plynů o několik řádů, jsou pohyblivé částice základními držáky tepla v lože. V tomto případě může být běžná Fourierova rovnice použita pro popis procesu šíření tepla ve fluidním loži, kde koeficient tepelné difuzivity odráží intenzitu míchání materiálu v loži. Jeho hodnota může být měřena modifikovanou metodou okamžitého zdroje tepla, jehož podstatou je následující: ve fluidním loži se vytvoří silný okamžitý tepelný impuls rychlým nalitím malé části dříve zahřátých částic stejného materiálu do něj. Moment dosažení maximální teploty tmax v určité vzdálenosti od zdroje tepla je registrován podle rovnice (Geljperin, 1967):
kde n=3, 2, 1 v závislosti na tom, zda je zdrojem tepla bod, přímka nebo povrch. Pohyb bublin umožňuje míchání částic v emulzní fázi, a to jak ve směru výšky lože, tak v radiálním směru, přičemž určité množství částic prochází jakýmkoli pozorovaným průsečíkem lože. Protože částice v neizotermickém loži se liší vzhledem k hodnotě entalpie, vznikne výsledný tok teplejších částic, pokud je jejich koncentrace vyšší na jedné straně pozorovaného průsečíku. Za předpokladu, že koncentrace teplejších částic na jednotku objemu se mění pouze ve směru proudění částic, lze jejich výsledný tepelný tok na jednotku povrchu vyjádřit jako:
pokud je do výrazu vložen následující výraz pro entalpii(2):
získáváme:
kde λ je koeficient tepelné vodivosti fluidního lože, který je definován jako:
pro stanovení koeficientu tepelné vodivosti v axiálním směru použil Borodulja and associates (1966) skleněnou trubku o délce 1 m, průměru 80 mm. na horním povrchu lože byl vytvořen okamžitý povrchový zdroj tepla nalitím malé části (5-7% objemu) částic zahřátých v peci na teplotu 100-700ºC. Doba nalití částic byla menší než 0,5 s. Pro měření teploty lože byly použity dva termočlánky; jeden z nich byl umístěn na rozdělovači, druhý v polovině výšky lože. Měření byla provedena s několika monodisperzními a polydisperzními frakcemi různých typů materiálu pro různé výšky stojatého lože. Zpracování experimentálních dat ukázalo, že koeficient tepelné difuzivity v axiálním směru lze popsat následující rovnicí:
stanovení koeficientu tepelné vodivosti v radiálním směru se provádí v trubce o průměru 175 mm. okamžitý bodový zdroj tepla byl získán rychlým nalitím malé části částic teplého písku podél osy zařízení skleněnou trubkou o průměru 25 mm. pro měření teploty byl termočlánek umístěn ve výšce nalévání částic z trubky ve vzdálenosti 60-70 mm od její osy.
výzkum ukázal, že dochází k vysoce intenzivnímu míšení materiálu ve fluidním loži v axiálním směru. Koeficient axiální tepelné vodivosti byl v rozmezí λa=(1100-6000)W / m. K. na druhé straně bylo míchání materiálu v radiálním směru relativně malé. Hodnoty koeficientů radiální tepelné vodivosti byly: λr=(50150)W / m. K.
ve své publikované práci Peters et al. (1953) se pokusil vypočítat koeficient tepelné vodivosti stanovením teplotního profilu ve fluidním loži. Přístroj byl ve tvaru rovnoběžnosti, šířka 65 mm, délka 450mm, výška 480 mm, která nebyla zcela naplněna pískem (dekv=0,23 mm). Jako zdroj tepla použili elektrický ohřívač sestávající z drátěné spirály, který zajišťoval teplo rovnoměrně podél příčného řezu lože. Tepelná izolace nádoby zabránila tomu, aby tepelné ztráty stěnou byly vyšší než 7%. Vypočtené číselné hodnoty tepelné vodivosti v axiálním směru byly v rozmezí 1163-1977 W / m. K, zatímco v radiálním směru byly řádově 12002000 W / m. K.Peters et al. (1953) uvádí, že tyto hodnoty jsou významně zvýšeny a že je prakticky nemožné je získat na základě takových experimentálních podmínek.
výzkum tepelné vodivosti fluidního lože ukazuje existenci disperze výsledků získaných různými autory (Kunii a Levenspiel, 1976), protože vykazují komplexní závislost koeficientů tepelné vodivosti na různých faktorech. Proto je velmi obtížné poskytnout jakoukoli aproximaci získaných výsledků nějakou globální empirickou závislostí. Pro praktické výpočty je mnohem spolehlivější vzít absolutní hodnoty koeficientu λ v daném okamžiku.
experimentální metoda
cílem experimentálního výzkumu fluidního lože v tomto článku je stanovení koeficientů tepelné vodivosti v závislosti na provozních charakteristikách fluidního lože: rychlost, rychlost fluidizace a velikost částic. Experimentální výzkum byl proveden na laboratorním přístroji (Obrázek 1). Přístroj se skládá z měřicí části, nad níž je potrubí pro přívod ohřátého písku do lože, zařízení pro přívod vzduchu a zařízení pro měření, regulaci a registraci procesu. Zvláštní pozornost byla věnována konstrukci zařízení pro dodávku zahřátého písku do postele. Materiál, který byl předtím zahřát na teplotu 250-350ºC, byl okamžitě vložen do fluidního lože rychlým povrchem nalitím trubkou o průměru 45 mm na povrch lože.
ventilátor z vnějšího prostředí dodává vzduch potřebný pro fluidizaci. Průtok vzduchu se měří standardním zařízením, zatímco ventil umožňuje požadovaný průtok vzduchu. Pro stabilizaci proudění vzduchu jsou úseky před a za zařízením dostatečně dlouhé. Komora izolovaná skleněnou vlnou pomáhá vytvářet rovnoměrné rozložení vzduchu na průsečíku provozní části zařízení. Na vstupu do provozní části zařízení je umístěn rozdělovač, zatímco nad ním je umístěno zúžené prodloužení, které zabraňuje odstranění drobných frakcí. Pro měření teploty se používají termočlánky Chromel-alumel. Jeden z nich je umístěn na výstupu z postele. Další, pro stanovení koeficientu tepelné difuzivity v axiálním směru je umístěn bezprostředně nad rozdělovačem (obrázek 1a), tj. pro stanovení ar v radiálním směru (obrázek 1b).
za účelem zahájení experimentálního stanovení koeficientu tepelné vodivosti byla provedena určitá měření. Jako materiál pro fluidizaci byl použit křemičitý písek s různými frakcemi. Po prosévání ve standardních sítích byly odděleny frakce křemičitého písku s průměrným průměrem částic 0,3 mm, 0,5 mm a 0,9 mm (Tabulka 1). Pro každou frakci byly stanoveny následující charakteristiky:
■ skutečná hustota písku pp,
■ hustota sypkého písku pn,
■ ekvivalentní průměr částic dp,
■ pórovitost při minimální rychlosti fluidizace emf,
■ minimální rychlost fluidizace Umf.
minimální rychlost fluidizace byla stanovena experimentálně a její hodnota se shoduje s hodnotou z rovnice (Srinivasakannan a Balasubramanian, 2002):
sypná hustota částic byla stanovena volným nalitím určitého množství písku do kalibrované nádoby, zatímco skutečná hustota byla stanovena piknometrem. Hodnota měrné tepelné kapacity byla převzata z Naumann (1981).
jak již bylo řečeno, pro stanovení koeficientu tepelné vodivosti v axiálním směru jsou na osu stojatého lože umístěny dva termočlánky, přičemž první byl umístěn ve vzdálenosti 43,5 mm od rozdělovače a druhý na povrch lože. Nastavením průtoku vzduchu se dosáhne požadované rychlosti vzduchu při pracovní teplotě. Při této pracovní rychlosti vzduchu, se známou minimální rychlostí fluidizace, byla stanovena rychlost fluidizace. V tomto stanoveném stavu je již připravená část předem zahřátého písku velmi rychle vložena přes pevnou trubku. Během pohybu vloženého horkého písku fluidním ložem měřily termočlánky teplotu v loži s registrací na akvizičním systému. Pro nastavenou rychlost fluidizace byly zaznamenány oddělené teploty lože každých 0,02 s. lze poznamenat, že teplota v lože se zvyšuje v důsledku pohybu částic horkého písku. Současně se odečte časové rozpětí mezi dvěma maximálními nárůsty teploty zaznamenanými termočlánky. Pro známou vzdálenost mezi termočlánky a dobou čtení se vypočítá hodnota koeficientu tepelné difuzivity. Vzhledem k tomu, že tepelná difuzivita je určena v axiálním směru, předpokládá se, že v rovnici (1) je hodnota n=1 (dávkování povrchového materiálu). Pro určitou rychlost fluidizace a stávající podmínky byl experiment několikrát opakován. Rychlost vzduchu byla poté zvýšena a byl proveden další experiment, pro stejnou frakci písku, způsobem popsaným výše. Po změření určité frakce se provozní část přístroje vyprázdní a nalije se další frakce a stejný experiment se opakuje.
hodnoty koeficientu tepelné vodivosti v radiálním směru byly stanoveny stejným postupem jako hodnoty axiální vodivosti. Jak bylo popsáno, rozdíl je v polohách termočlánků, které byly v tomto případě ve stejné rovině (obrázek 1b), a s dávkou bodového zdrojového materiálu (n=3).
výsledky a diskuse
pro posouzení intenzity míchání ve fluidním loži je koeficient účinné tepelné vodivosti autoritativní. S ohledem na vzájemný vztah mezi tepelnou vodivostí a koeficienty tepelné difuzivity ukazuje obrázek 2 závislost průměrných hodnot koeficientu tepelné vodivosti na rychlosti fluidizačního činidla. Protože tepelná vodivost a tepelná difuzivita jsou spojeny specifickou tepelnou kapacitou částic a hustotou fluidního lože, která přímo závisí na pórovitosti lože, způsob, jakým se mění koeficient tepelné vodivosti s rychlostí fluidizace, je podobný způsobu, jakým se mění koeficient tepelné difuzivity s rychlostí fluidizace. Maximální hodnota tepelné vodivosti, která se vyskytuje při rychlosti fluidizace přibližně N=2.5, opět poukazuje na skutečnost, že při této rychlosti fluidizačního činidla způsobuje míchání částic intenzivnější kontakty a kolize pevných částic (Huilin et al., 2007). Výskyt maxima může být také zohledněn snížením hustoty fluidního lože a zvýšením jeho pórovitosti se zvýšením rychlosti plynu, což může způsobit odlišné charakteristiky změny koeficientu tepelné vodivosti.
obecně jsou získané hodnoty koeficientu tepelné difuzivity v radiálním směru menší o celé pořadí (obrázek 3). Na rozdíl od koeficientu vodivosti v axiálním směru, vTento případ, co lze pozorovat u všech průměrných ekvivalentních průměrů, je výskyt maximálního koeficientu tepelné vodivosti v radiálním směru při rychlosti fluidizace N=2,5. Podle četných vědců lokální koncentrace částic ovlivňuje přenos tepla ve smyslu jeho zesílení, když se prstencové rozložení částic v příčném řezu kolony (s pevným jádrem ve středu, vzácným ložem kolem jádra a hustým prstencem vedle stěny) zhoršuje. Současně se zvyšuje míchání částic a frekvence jejich vzájemných kolizí, což zvyšuje intenzivnější difúzi tepla. Určité výkyvy hodnot tepelné difuzivity lze pozorovat v diagramech závislosti koeficientu tepelné difuzivity na rychlosti fluidizace. Příčinou těchto výkyvů může být postupný příchod různě zahřátých balíčků částic na pozorovací místa a někdy bubliny, které procházejí ložem. Když bubliny procházejí ložem, v určitém okamžiku může být jeden ze dvou termočlánků uvnitř bubliny, čímž se zaznamenává teplota vzduchu uvnitř bubliny. Vzhledem k tomu, že teplota vzduchu uvnitř bubliny je vyšší než teplota vzduchu a pevných částic ve fázi emulze, v tomto okamžiku dojde ke zvýšení teploty na tomto místě.
prostřednictvím své interakce ovlivňují všechny ošetřené hydrodynamické parametry velmi složitým způsobem globální přenos tepla ve fluidním loži a následně koeficienty tepelné vodivosti. Nadvláda některých z nich nastává pouze v omezeném rozsahu. Výsledky získané experimenty poukazují na skutečnost, že pórovitost lože, tj., koncentrace částic, i když je velmi důležitým faktorem přenosu tepla ve fluidním loži, není nezávislá na toku částic, relativní rychlosti částic a plynu a zpětném míchání.
procentuální chyba měřicího přístroje byla stanovena na základě získaných hodnot:
■ vzdálenost mezi termočlánky-1%
■ čas-0,4%
na základě výše uvedených hodnot byla procentuální průměrná kvadratická chyba měřicích přístrojů 1,077%, zatímco chyba experimentálního stanovení koeficientu tepelné difuzivity byla 8,8%.
vzhledem k tomu, že získané hodnoty chyby měření koeficientu přenosu tepla leží v hranicích povolených pro experimentální výzkum, lze výsledky považovat za důvěryhodné a přesné.
přenos tepla mezi fluidním ložem a povrchy ponořenými do lože
nejčastěji používaným způsobem přenosu tepla ve fluidním loži je přenos tepla mezi fluidním ložem a ponořenými povrchy různých tvarů a velikostí (Botterill, 1975).
hodnota koeficientu přenosu tepla se zvyšuje, když je rychlost plynu vyšší než minimální rychlost fluidizace. Dosahuje svého maxima pro rychlost plynu známou jako optimální rychlost fluidizace. Poté se s nárůstem rychlosti snižuje.
obecně se uznává, že celkový koeficient konvektivního přenosu tepla z povrchu do lože lze považovat za složený ze tří přísadových složek:
kde hpc, hgc, hb jsou konvektivní částice, konvektivní plyn a koeficienty přenosu tepla bublinami a (1-fo)je doba kontaktu emulzní fáze s povrchem přenosu tepla (Chen et al ., 2005).
doba kontaktu balení částic s povrchem τ závisí jak na době kontaktu bublin s povrchem fo, tak na frekvenci průchodu bublin v uvažovaném bodě na povrchu
kde a je koeficient, který je definován jako:
Rk a Rc v (10) jsou odolnost proti přenosu tepla částicového obalu a kontaktní tepelný odpor plynového filmu. Hamidipour et al. (2005) experimentálně zkoumal kontakt částice-stěna a zjistil, že doba kontaktu částice-stěna v loži částic písku klesá se zvyšující se rychlostí plynu v bublajícím režimu fluidizace.
největší část celkového koeficientu přenosu tepla je součinitel konvektivního přenosu tepla částic (Botterill, 1975, Baskakov et al, 1978):
bylo vidět, že velikost částic má významný vliv jak na hodnotu maximálního koeficientu přenosu tepla, tak na změnu účinku určitých mechanismů na celkový přenos tepla. Z tohoto důvodu je vliv velikosti částic na přenos tepla ve fluidním loži nejčastějším cílem experimentálního výzkumu. Experimentální výsledky (Wang et al., 2004) ukazují, že pro malé částice dp<0.8 mm, účinky termofyzikálních vlastností částic na koeficient přenosu tepla se stávají důležitými s klesajícím průměrem částic.
experimentální přístroj
experimentální zkoumání přenosu tepla konvekcí mezi ponořenou trubicí a fluidním ložem bylo provedeno na laboratorním přístroji o výšce 600 mm a čtvercovém průřezu o rozměrech 160×160 mm.
ponořená teplosměnná Plocha-elektrický ohřívač – je vyrobena z měděné trubky o vnějším průměru 16 mm a délce 100 mm. Tři termočlánky jsou zabudovány na vnějším povrchu-na přední straně, boční a horní straně-vzhledem ke směru otáčení ohřívače k toku fluidizačního vzduchu. Ohřívač je upevněn na nosiči v rámu o rozměrech 150×150 mm (obrázek 4). Rám lze otáčet kolem vodorovné osy, 100 mm nad rozdělovačem, což umožňuje změnu sklonu ohřívače.
za účelem dosažení stejných pracovních podmínek pro každou rychlost fluidizace byl změněn sklon ohřívače a teplota povrchu ohřívače a lože byla měřena v každém úhlu. Pro definovanou rychlost fluidizace byl sklon ohřívače postupně měněn v krocích po 10 ° ze svislé polohy (úhel 0°) do vodorovné polohy (úhel 90°). Pro každý úhel sklonu byla měření obnovena po dosažení stacionárního stavu. Postup byl opakován pro každou novou rychlost fluidizace a všechny tři velikosti částic: 0,3, 0,5 a 0,9 mm. Výška stojatého lože byla 160 mm.
výsledky a závěry diskuse
definování průměrných hodnot koeficientu přenosu tepla mezi fluidním ložem a ponořenými nakloněnými výměnnými plochami předpokládá definované lokální koeficienty přenosu tepla (Baskakov et al., 1973), jehož rozložení podél povrchu je velmi nerovnoměrné, kvůli různým aerodynamickým podmínkám.
měření místního koeficientu přenosu tepla mezi povrchem ohřívače a fluidním ložem bylo provedeno za účelem stanovení střední hodnoty koeficientu přenosu tepla pro celý ohřívač. Vzhledem k symetrii toku kolem válce je střední hodnota koeficientu přenosu tepla definována jako aritmetická střední hodnota lokálních koeficientů přenosu tepla:
za účelem zkoumání vlivu velikosti částic písku na výměnu tepla mezi fluidním ložem a ponořeným povrchem pro nakloněný ohřívač byly provedeny výzkumy s průměry částic 0,3, 0,5 a 0,9 mm.
tendence změny koeficientu přenosu tepla se zvyšováním rychlosti fluidizace je podobná pro menší a větší částice-Obrázky 5 , 6 a 7 (Baskakov et al., 1978), ačkoli tento vliv je méně významný pro větší částice, protože po dosažení rychlosti fluidizace 2.5, ovlivňuje rychlost vzduchu nevýznamně rozložení součinitele prostupu tepla.
pro lepší analýzu velikosti částic a vlivu rychlosti fluidizace na výměnu tepla mezi fluidním ložem a nakloněným povrchem ukazuje obrázek 8 závislost relativního koeficientu přenosu tepla (h * =hφ / hº) na úhlu sklonu pro rychlosti fluidizace 1 až 3.
obrázek jasně podtrhuje tendenci změny koeficientu přenosu tepla zůstat stejný, bez ohledu na to, jaký je průměr částic, ale s nárůstem průměru částic se vliv sklonu ohřívače snižuje. Rozdíl mezi hodnotami relativního koeficientu přenosu tepla ve svislé a vodorovné poloze ohřívače pro průměr částic 0,3 mm klesá z 24% na 10%; pro průměr částic 0,5 mm z 23% na 10% a pro průměr částic 0,9 mm z 20% na 8% se zvýšením rychlosti fluidizace z N=1 na N=3,.
závěry
na základě dosud provedených výsledků experimentálního a teoretického výzkumu koeficientů tepelné vodivosti ve fluidním loži, jakož i na základě výsledků našeho vlastního experimentálního výzkumu bylo potvrzeno, že fluidní lože má velmi dobrou tepelnou vodivost, což umožňuje jeho použití v mnoha průmyslových procesech výměny tepla.
výsledky získané v experimentálním výzkumu ukázaly, že koeficienty tepelné vodivosti závisí na hydrodynamické struktuře fluidního lože. I když se změna koeficientů tepelné vodivosti liší v axiálním a radiálním směru, obecně závisí na rychlosti fluidizace a velikosti částic.
pro všechny ošetřené frakce písku byly hodnoty koeficientu tepelné vodivosti fluidního lože v axiálním směru v rozmezí 450-3100 W / mK, což také představuje maximální hodnotu dosaženou při všech měřeních. Získané hodnoty stejných koeficientů v radiálním směru jsou v rozmezí 19-110 W / mK, což poskytuje uspokojivou úroveň shody s výsledky jiných autorů.
navzdory složitosti analýzy tepelné vodivosti fluidním ložem poskytují získané výsledky realistický obraz, který lze použít ve všech budoucích teoretických a experimentálních výzkumech procesu vedení tepla ve fluidním loži.
výsledky experimentálního výzkumu potvrzují přímou závislost intenzity výměny tepla na aerodynamických podmínkách ve fluidním loži. Je zřejmé, že frekvence a doba kontaktu teplosměnných ploch s bublinkami a částicovými pakety závisí na velikosti částic, rychlosti fluidizace a sklonu teplosměnného povrchu.
tendence změny koeficientu přenosu tepla zůstává stejná, nezávisle na průměru částic. Vliv sklonu ohřívače se však snižuje s nárůstem průměru částic. Lze tedy konstatovat, že vliv velikosti částic na koeficient přenosu tepla pro šikmé plochy lze zanedbat.
lze také dojít k závěru, že vliv sklonu výměnné plochy na přenos tepla mezi fluidním ložem a ponořenými plochami klesá se zvyšováním rychlosti fluidizace.
nomenklatura
|
symboly |
||||
|
v |
koeficient tepelné difuzivity | m 2 / s | ||
| Ar |
Archimédovo číslo |
|||
| cp | měrná tepelná kapacita pevných látek | J / kg K | ||
| Ds |
pevná difuzivita |
m 2 / s | ||
| fo | doba kontaktu bublin s povrchem | |||
| H |
entalphy |
kJ / kg | ||
| dp | průměr částic | v | ||
| H 1 | místní součinitel prostupu tepla na přední straně | W / m2K | ||
| H 2 | lokální součinitel prostupu tepla na boční straně | W / m2K | ||
| h3 | local heat transfer coefficient on upper side | W/m2K | ||
| hm | mean value of heat transfer coefficient | W/m2K | ||
| hb | bubble heat transfer coefficient | W/m2K | ||
| hgc | gas convective heat transfer coefficient | W/m2K | ||
| hpc | particle convective heat transfer koeficient | W / m2K | ||
| h * =hφ / hº | relativní koeficient přenosu tepla | |||
| N | rychlost fluidizace | |||
| Rc | kontaktní tepelný odpor plynového filmu | |||
| Rk | odolnost proti přenosu tepla balení částic | |||
|
Subscripts |
||||
| a | axial | |||
| mf | minimum fluidization | |||
| p | particle | |||
| r | radial | |||
|
řecké dopisy |
||||
| λ | tepelná vodivostkoeficient | W / m K | ||
| v | pórovitost fluidního lože | |||
| pp | hustota písku | kg / m3 | ||
| ρν | sypká hustota písku | kg / m3 | ||
| φ | úhel sklonu ohřívače | º | ||
| τ | doba kontaktu obalu částic s povrchem | v | ||
Baskakov a. P., Berg B. v., Vitt O. K., Filippov n. f., Kirakosy V.A., Goldobin J. M., Maskaev v. K., přenos tepla na objekty ponořené do fluidních lůžek, prášková technologie, 8, 273-282 (1973).
Baskakov, A. V., Bertg, B. V., Rizkov, A. V., Filippovkij, N. V., Processii teplo i massoperenosa v kipjascem sloje, Metalurgija, Moskva, s. 144-151, (1978).
Borodulja, V. A., Zabrodskij, S. S., Tamarin, a. I., Judickij, v. I., Isledovanie gidrodinamiki i temperaturnoprovodnosti psevdoozizenogo sloja, sb. Teplo – i massoprenos, Tom 5, Energia, Moskva PP. 75-85, (1966).
Botterill, J. S. M., Fluid-bed Heat Transfer, Academic Press, London (1975).
Ćatipović, M. N., přenos tepla do vodorovných trubek ve fluidních lůžkách: Experiment a teorie, Ph.D. práce, Oregon State University, Corvallis, OR (1979).
Chen, J. C., Grace, J. R., Golriz, M. R., přenos tepla ve fluidních lůžkách: metody návrhu, prášková technologie, 150, 123-132 (2005).
Davidson, JF, Harrison, D., Fluidní Částice, Cambrige University Press, Cambridge (1963).
Geljperin N. I., Osnovi tehniki psevdoozizenie, Moskva, 184 (1967).
Groenewold, h., Tsotsas, e., sušení ve fluidním loži s ponořenými topnými tělesy, Chemical Engineering Science 62 (2007).
Hamidipour M., Mostoufi N., Sotudeh-Gharebagh R., Chaouki J., Monitorování kontaktu částic se stěnou v plynném fluidním loži pomocí RPT, prášková technologie 153, 119-126 (2005).
Huilin, L, Yunhua z., Ding J., Gidspow D. and Wei l., Investigation of mixing/segregation of mixture particles in gas-solid fluidized lože, ChemicalEngineering Science, vol. 62, (2007).
Jovanovic, g. n., Catipovic N. M., Fitzgerald T. J. and Levenspiel o., Fluidizace (J. R. Grace, J. M. Matsen, eds.), Plenum, New York, s. 325-332 (1990).
Kunii, D., Levenspiel., Fluidizace Engineering, 13, Wiley, New York (1969).
Martin, H., Přenos tepla mezi plynovými fluidními loži pevných částic a povrchem ponořených prvků výměníku přenosu tepla, Část I. chemické inženýrství a zpracování, 18, 157-169 (1984).
Massoudi, m., Phuoc T. X., vedení a rozptyl ve střižném toku granulovaných materiálů modelovaných jako nenewtonské tekutiny, prášková technologie, 175, 146-162 (2007).
Nauman, E. B., rozdělení doby zdržení v systémech řízených disperzní rovnicí, chemické inženýrství, 36(6), 957-966 (1981).
Peters, K., Orlichek A., Schmidt A., Wärmetransportfähigkeiten von Wirbelschichten, Chem. Ing. Technologie., 25 (6), 313-316 (1953).
Schlunder, E. u., Waermeubergang an bewegte kugelschutt ungen bei kurzfristigem kontact, Chemical Engineering Technology 43, 651-654, (1971).
Srinivasakannan, C. a Balasubramanian, N., zjednodušený přístup k sušení pevných látek v dávkovém fluidním loži, Brazilský žurnál chemického inženýrství, 19 (3), 293-298 (2002).
Wang L., Wu P., Zhang Y. P., Yang J., Tong L. G., Ni X. Z., Účinky vlastností pevných částic na přenos tepla mezi vysokoteplotním plynným fluidním ložem a ponořeným povrchem, aplikované tepelné inženýrství, 24, 2145-2156 (2004).
Zarghami R., Mostoufi N., Sotudeh-Gharebagha R., Chaouki J., analýza a modelování doby kontaktu částic se stěnou v plynných fluidních ložích, chemické inženýrství, 62, 4573-4578 (2007),