væskedynamik; varme-og masseoverførsel; og andre emner
eksperimentel undersøgelse af varmeledningskoefficient og varmeveksling mellem fluidiseret leje og skrå udvekslingsoverflade
B. StojanovicI,*; J. JanevskiII; M. StojiljkovicIII
ifakultetet for maskinteknik, universitetet i Nis, Serbien, Aleksandra medevedeva 14, 18000 Nis, Serbien. E-mail: [email protected]
Iifakultetet for maskinteknik, universitetet i Nis, Serbien, Aleksandra Medevedeva 14, 18000 Nis, Serbien. E-mail: [email protected]
Iiifakultetet for maskinteknik, universitetet i Nis, Serbien, Aleksandra Medevedeva 14, 18000 Nis, Serbien. E-mail: [email protected]
abstrakt
papiret præsenterer eksperimentel forskning af varmeledningskoefficienter for det kiselholdige sandbed fluidiseret med luft og en eksperimentel undersøgelse af partikelstørrelsesindflydelsen på varmeoverførselskoefficienten mellem fluidiseret leje og skrå udvekslingsoverflader. Målingerne blev udført for den specifikke fluidiseringshastighed og sandpartikeldiametre dp=0,3, 0,5, 0,9 mm. den industrielle anvendelse af fluidiserede senge er steget hurtigt i de sidste 20 år på grund af deres nyttige egenskaber. Et af de fremragende egenskaber ved et fluidiseret leje er, at det har tendens til at opretholde en ensartet temperatur, selv med ikke-ensartet varmefrigivelse. På baggrund af eksperimentel forskning er indflydelsen af procesens driftsparametre på de opnåede værdier af sengens termiske ledningsevne blevet analyseret. Resultaterne viser direkte afhængighed af termisk ledningsevne på intensiteten af blanding, graden af fluidisering og størrelsen af partikler. I aksial retning har de koefficienter, der er blevet behandlet, værdier en hel ordre højere end i radial retning. Sammenligning af eksperimentelle forskningsresultater med eksperimentelle resultater fra andre forfattere viser god enighed og den samme tendens til termisk ledningsevne ændring. Det er velkendt i litteraturen, at værdien af varmeoverførselskoefficienten er den højeste i vandret og den mindste i den lodrette position af varmevekslingsoverfladen. Variation af varmeoverførsel, afhængigt af hældningsvinklen er ikke undersøgt i detaljer. Forskellen mellem værdierne for den relative varmeoverførselskoefficient mellem lodret og vandret varmeapparatposition for alle partikelstørrelser reduceres med cirka 15% med stigningen i fluidiseringshastigheden.
nøgleord: fluidiseret seng; varmeoverførsel; overflade; partikel termisk ledningsevne; Kiselsand; eksperiment.
introduktion
lige siden dets fremkomst har fluidiseringsfænomenet tiltrukket sig mange forskeres opmærksomhed. Dens anvendelse i adskillige teknologiske operationer stammer fra dens fremragende egenskaber, som afspejles i: intensiv blanding af faste partikler, en høj kontaktoverflade mellem gas og faste partikler, en næsten konstant temperatur i hele sengen samt enkel indsættelse og fjernelse af materialet fra sengen. I de sidste årtier er der offentliggjort adskillige papirer og undersøgelser af fluidiseringsprocessen og dens anvendelse, hvoraf de fleste er baseret på eksperimentel forskning. Området for varmeledning har været af stor interesse for forskere, da den fluidiserede seng er kendetegnet ved høj varmeledningsevne. På trods af et stort antal papirer, der beskæftiger sig med dette problem (Massoudi og Phouc, 2007), er deres forfatteres konklusioner meget forskellige, nogle gange endda modstridende. Årsagerne til denne spredning af resultater ligger under forskellige forhold, hvor disse eksperimenter udføres. Disse fakta har motiveret eksperimentel forskning med det primære mål at bestemme termisk ledningsevne koefficienter for det fluidiserede leje for partikler af kiselsand med forskellige fraktioner. Baseret på de opnåede værdier af varmeoverførselskoefficient kan man konkludere, at tendensen til varmeoverførselskoefficientændring forbliver den samme, uafhængig af partikelstørrelsen. Tendensen til varmeoverførselskoefficientændring med stigning i fluidiseringshastighed er mindre signifikant for større partikler. Indflydelsen af de vigtigste parametre på værdierne af varmeledningskoefficienter for det fluidiserede leje er blevet analyseret gennem de opnåede eksperimentelle resultater.
på grund af meget effektiv kontakt mellem gas og partikler, dvs., fluidiseret seng og nedsænkede varmevekslingsoverflader eller vægge, fluidiserede senge har meget intensiv varmeveksling. Varmeoverførsel mellem det fluidiserede leje og overfladerne nedsænket i sengen er en funktion af sengens dynamiske egenskaber (Martin, 1984), mest af alt boblebevægelse og partikelblandingsintensitet. Det er imidlertid tydeligt, at fluidiseringshastighed og partikelstørrelse er de mest indflydelsesrige faktorer på udvekslet varmemængde mellem overflader.
nøglefaktorer i varmeoverførsel mellem en nedsænket overflade og fluidiseret leje er også partikelbevægelsen i nærheden af varmeoverføringsoverfladen, kontakttid med overfladen og partikelkoncentration på væggen (Sarghami et al., 2007). Gas – og partikelbevægelse over, over og på den laterale side af udvekslingsoverflader er specifik, så ændringerne i disse områder undersøges for det meste i litteraturen.
problemets kompleksitet og størstedelen af påvirkningsfaktorer, som er vanskelige at inkludere i ligninger, forårsager, at den eksperimentelle bestemmelse af varmeoverførselskoefficient accepteres metode.
termisk ledningsevne af det fluidiserede leje
da den specifikke termiske kapacitet af faste partikler er volumetrisk højere end specifik termisk kapacitet af gasser ved flere ordrer, er bevægelige partikler grundlæggende varmeholdere i sengen. I dette tilfælde kan den almindelige Fouriers ligning anvendes til at beskrive processen med varmeudbredelse i det fluidiserede leje, hvor den termiske diffusivitetskoefficient afspejler intensiteten af blandingen af materiale i sengen. Dens værdi kan måles ved en modificeret metode af den øjeblikkelige varmekilde, hvis essens er som følger: en stærk øjeblikkelig termisk impuls skabes i den fluidiserede seng ved hurtigt at hælde en lille del af tidligere opvarmede partikler af det samme materiale ind i den. Øjeblikket for opnåelse af Maksimal temperatur tmaks i en vis afstand fra varmekilden registreres i henhold til ligningen (Galjperin, 1967):
hvor n=3, 2, 1 afhængigt af om varmekilden er et punkt, en linje eller en overflade. Bevægelsen af bobler muliggør blanding af partikler i emulsionsfasen, både i retning af sengens højde og i radial retning, hvorved en vis mængde partikler passerer gennem ethvert observeret skæringspunkt mellem sengen. Da partikler i den ikke-isotermiske seng adskiller sig med hensyn til værdien af entalpi, vises en resulterende strøm af varmere partikler, hvis deres koncentration er højere på den ene side af det observerede kryds. Enhedsvolumen ændres kun i retning af strømmen af partikler, deres resulterende termiske strømning pr. enhedsoverflade kan udtrykkes som:
hvis følgende udtryk for entalpi introduceres i udtryk (2):
vi får:
hvor kr er termisk ledningsevne koefficient for det fluidiserede leje, som er defineret som:
til bestemmelse af varmeledningskoefficienten i aksial retning anvendte Borodulja og associates (1966) et glasrør, længde på 1m, diameter på 80 mm. på den øverste overflade af sengen blev der skabt en øjeblikkelig overfladevarmekilde ved at hælde en lille del (5-7% i volumen) partikler opvarmet i en ovn op til en temperatur på 100-700 liter. Tidspunktet for partikelhældning var mindre end 0,5 s. Til måling af sengens temperatur blev der anvendt to termoelementer; en af dem blev anbragt på distributøren, den anden i halvdelen af sengens højde. Målinger blev udført med flere monodisperse og polydisperse fraktioner af forskellige typer materiale til forskellige højder af stillestående seng. Behandlingen af eksperimentelle data har vist, at termisk diffusivitetskoefficient i aksial retning kan beskrives ved følgende ligning:
bestemmelse af varmeledningsevne koefficient i radial retning udføres i et rør med diameter 175mm. en øjeblikkelig spot varmekilde blev opnået ved hurtigt at hælde en lille del af varme sandpartikler langs apparatets akse gennem et glasrør med diameter 25mm. til temperaturmåling blev et termoelement anbragt i højden af hældningen af partikler fra røret i afstanden 60-70 mm fra sin akse.
forskningen har vist, at der er en meget intensiv blanding af materiale i det fluidiserede leje i aksial retning. Aksial varmeledningsevne koefficient var inden for Lyra=(1100-6000) vægt/m.K. på den anden side var blanding af materiale i radial retning relativt lille. Værdier af radiale varmeledningskoefficienter var: lartr=(50150) vægt/m.K.
i deres offentliggjorte papir, Peters et al. (1953) forsøgte at beregne varmeledningskoefficienten ved at bestemme temperaturprofilen i det fluidiserede leje. Apparatet var i form af en parallelepiped, bredde 65mm, længde 450mm, højde 480mm, som ikke var helt fyldt med sand (dekv=0,23 mm). Som varmekilde brugte de en elvarmer bestående af en trådspiral, som gav varme jævnt langs sengens tværsnit. Termisk isolering af fartøjet forhindrede termisk tab gennem væggen i at være højere end 7%. Beregnede numeriske værdier af termisk ledningsevne i aksial retning var inden for 1163-1977 vægt/m.K, mens de i radial retning var af størrelsesordenen 12002000 vægt / m.K. Peters et al. (1953) anfør, at disse værdier øges markant, og at de praktisk talt er umulige at opnå på grundlag af sådanne eksperimentelle forhold.
forskningen om termisk ledningsevne af det fluidiserede leje viser eksistensen af dispersion af resultater opnået af forskellige forfattere (Kunii og Levenspiel, 1976), da de viser kompleks afhængighed af termiske ledningsevne koefficienter på forskellige faktorer. Derfor er det meget vanskeligt at give nogen tilnærmelse af opnåede resultater ved en vis global empirisk afhængighed. Til praktiske beregninger er det meget mere pålideligt at tage absolutte værdier af koefficienten kursist på et givet tidspunkt.
eksperimentel metode
målet med eksperimentel forskning på det fluidiserede leje i dette papir er bestemmelse af varmeledningskoefficienter afhængigt af det fluidiserede lejes operationelle egenskaber: hastighed, fluidiseringshastighed og partiklernes størrelse. Eksperimentel forskning blev udført på et laboratorieapparat (Figur 1). Apparatet består af en måledel, over hvilken der er et rør til tilførsel af opvarmet sand i sengen, en indretning til tilførsel af luft og en indretning til måling, regulering og registrering af processen. Der blev lagt særlig vægt på konstruktionen af enheden til levering af opvarmet sand i sengen. Materiale, der tidligere blev opvarmet op til en temperatur 250-350 KH, blev øjeblikkeligt indsat i det fluidiserede leje ved hurtig overfladehældning gennem røret med diameter 45 mm på sengens overflade.
en ventilator fra det ydre miljø leverer den luft, der er nødvendig til fluidisering. Luftstrømmen måles ved hjælp af et standardapparat, mens en ventil muliggør den ønskede luftstrøm. For at stabilisere luftstrømmen er sektionerne foran og bag apparatet lange nok. Et kammer isoleret af glasuld hjælper med at producere en jævn fordeling af luft på skæringspunktet mellem apparatets operationelle del. En distributør placeres ved indløbet i apparatets operationelle del, mens en konisk forlængelse, som forhindrer fjernelse af mindre fraktioner, placeres ovenfor. Chromel-alumel termoelementer anvendes til temperaturmålinger. En af dem er placeret ved udløbet fra sengen. En anden til bestemmelse af termisk diffusivitetskoefficient i aksial retning placeres umiddelbart over fordeleren (figur 1a), dvs.til bestemmelse af ar i radial retning (figur 1b).
for at starte den eksperimentelle bestemmelse af varmeledningskoefficienten blev visse målinger udført. Kiselsand med forskellige fraktioner blev anvendt som materiale til fluidisering. Efter sigtning i standardsigter blev fraktioner af kiselsand med en gennemsnitlig partikeldiameter på 0,3 mm, 0,5 mm og 0,9 mm adskilt (tabel 1). Følgende egenskaber blev bestemt for hver fraktion:
faktisk sandtæthed pp,
massetæthed PN,
ækvivalent partikeldiameter dp,
porøsitet med minimal fluidiseringshastighed emf,
UMF med minimal fluidiseringshastighed.
den mindste fluidiseringshastighed blev bestemt eksperimentelt, og dens værdi falder sammen med værdien fra ligningen (Srinivasakannan og Balasubramanian, 2002):
bulkdensiteten af partiklerne blev bestemt ved at hælde frit en vis mængde sand i en kalibreret beholder, mens den faktiske densitet blev bestemt af et picnometer. Værdien af specifik termisk kapacitet blev taget fra Naumann (1981).
som det er blevet sagt, til bestemmelse af termisk ledningsevne koefficient i aksial retning, to termoelementer er placeret på aksen af stillestående seng, hvorved den første blev placeret på 43,5 mm fra fordeleren, og den anden på overfladen af sengen. Ved at justere luftstrømmen opnås den ønskede lufthastighed ved arbejdstemperaturen. Ved denne arbejdshastighed af luft med kendt minimal fluidiseringshastighed blev fluidiseringshastigheden bestemt. I denne etablerede tilstand indsættes en allerede forberedt del af tidligere opvarmet sand meget hurtigt gennem det faste rør. Under bevægelsen af indsat varmt sand gennem det fluidiserede leje målte termoelementerne temperaturen i sengen med registrering på et anskaffelsessystem. For en indstillet fluidiseringshastighed blev der registreret separate sengetemperaturer hver 0,02 s.hvad der kan bemærkes er, at temperaturen i sengen stiger på grund af bevægelsen af varme sandpartikler. Samtidig læses tidsrummet mellem to maksimale temperaturstigninger registreret af termoelementerne. For en kendt afstand mellem termoelementerne og læsetiden beregnes værdien af den termiske diffusivitetskoefficient. Da termisk diffusivitet bestemmes i aksial retning, antages det, at i ligning (1) værdien af n=1 (overfladisk materialedosering). For en vis fluidiseringshastighed og de eksisterende betingelser blev eksperimentet gentaget flere gange. Lufthastigheden blev derefter forøget, og et andet eksperiment blev udført for den samme sandfraktion på den ovenfor beskrevne måde. Efter måling af en bestemt fraktion tømmes apparatets operationelle del, og en anden fraktion hældes i, og det samme eksperiment gentages.
værdierne for termisk ledningsevne koefficient i radial retning blev bestemt ved samme procedure som værdierne for aksial ledningsevne. Som det er blevet beskrevet, er forskellen i positionerne af termoelementer, som i dette tilfælde var i samme plan (figur 1b) og med punktkildematerialedosering (n=3).
resultater og diskussion
til vurdering af intensiteten af blanding i det fluidiserede leje er koefficienten for effektiv termisk ledningsevne autoritativ. I betragtning af sammenhængen mellem termisk ledningsevne og termiske diffusivitetskoefficienter viser figur 2 afhængigheden af gennemsnitlige værdier af termisk ledningsevne koefficient på fluidiseringsmiddelets hastighed. Da termisk ledningsevne og termisk diffusivitet er forbundet gennem specifik termisk kapacitet af partikler og densiteten af det fluidiserede leje, som afhænger direkte af sengens porøsitet, svarer den måde, hvorpå varmeledningskoefficienten ændres med fluidiseringshastigheden, til den måde, hvorpå den termiske diffusivitetskoefficient ændres med fluidiseringshastigheden. Den maksimale værdi af termisk ledningsevne, som forekommer ved en fluidiseringshastighed på Ca. N=2.5, peger endnu en gang på det faktum, at blanding af partikler ved denne hastighed af fluidiseringsmidlet medfører mere intense kontakter og kollisioner af faste partikler (Huilin et al., 2007). Forekomsten af maksimumet kan også forklares ved et fald i densiteten af det fluidiserede leje og en stigning i dets porøsitet med stigningen i gashastigheden, hvilket kan forårsage forskellige egenskaber ved ændringen af termisk ledningsevne koefficient.
generelt er de opnåede værdier af termisk diffusivitetskoefficient i radial retning mindre med en hel rækkefølge (figur 3). I modsætning til konduktivitetskoefficienten i aksial retning, idette tilfælde, hvad der kan observeres for alle gennemsnitlige ækvivalente diametre, er forekomsten af maksimumet af varmeledningskoefficienten i radial retning ved en fluidiseringshastighed N=2,5. Ifølge adskillige forskere påvirker lokal koncentration af partikler varmeoverførslen i betydningen dens intensivering, når den ringformede fordeling af partikler over søjlens tværsnit (med en fast kerne i midten, en sjælden seng omkring kernen og en tæt ring ved siden af væggen) forringes. Samtidig øges blanding af partikler og hyppigheden af deres gensidige kollisioner, hvilket forbedrer mere intensiv diffusion af varme. Visse udsving i værdierne for termisk diffusivitet kan observeres i diagrammerne for afhængighed af termisk diffusivitetskoefficient på fluidiseringshastigheden. Årsagen til disse udsving kan være successiv ankomst af forskelligt opvarmede partikelpakker på observationsstederne og undertiden bobler, der passerer gennem sengen. Når bobler går gennem sengen, kan et af de to termoelementer på et tidspunkt være inde i en boble og dermed registrere luftens temperatur inde i boblen. Da luftens temperatur inde i en boble er højere end luftens temperatur og faste partikler i emulsionsfasen, vil der forekomme en stigning i temperaturen på det sted i det øjeblik.
ved hjælp af deres interaktion påvirker alle behandlede hydrodynamiske parametre på en meget kompleks måde global varmeoverførsel i det fluidiserede leje og følgelig termiske ledningsevne koefficienter. Dominans af nogle af dem forekommer kun i et begrænset interval. Resultaterne opnået gennem eksperimenterne peger på, at porøsiteten af sengen, dvs., koncentration af partikler, selvom en meget vigtig faktor for varmeoverførsel i det fluidiserede leje, er ikke uafhængig af partikelstrøm, relativ partikel-og gashastighed og omvendt blanding.
måleinstrumentets procentvise fejl blev bestemt på baggrund af de opnåede værdier:
kilometerafstand mellem termoelementerne – 1%
kilometertid – 0,4%
baseret på ovenstående værdier var den procentvise gennemsnitlige kvadratfejl for måleinstrumenterne 1,077%, mens fejlen ved bestemmelse af termisk diffusivitetskoefficient eksperimentelt var 8,8%.
i betragtning af at de opnåede værdier af målefejlen for varmeoverførselskoefficienten ligger i de grænser, der er tilladt for den eksperimentelle forskning, kan resultaterne betragtes som pålidelige og nøjagtige.
varmeoverførsel mellem fluidiseret seng og overflader nedsænket i sengen
den mest almindeligt anvendte måde at varmeoverførsel i fluidiseret seng er varmeoverførslen mellem fluidiseret seng og nedsænkede overflader i forskellige former og størrelser (Botterill, 1975).
værdien af varmeoverførselskoefficienten stiger, når gashastigheden er højere end den minimale fluidiseringshastighed. Det når sit maksimum for gashastigheden kendt som den optimale hastighed af fluidiseringen. Herefter falder det med stigningen i hastigheden.
det er almindeligt accepteret, at den overale konvektive varmeoverførselskoefficient på overflade til seng kan anses for at bestå af tre additivkomponenter:
hvor hpc, hgc, hb er partikelkonvektiv, gaskonvektiv og boble varmeoverførselskoefficienter, og (1-fo) er tidspunktet for kontakt af emulsionsfasen med varmeoverføringsoverfladen (Chen et al., 2005).
tidspunktet for kontakt af partikelpakken med overfladen, afhænger af både tidspunktet for kontakt af bobler med overfladen fo og hyppigheden af transit af boblerne på det betragtede punkt på overfladen
hvor A er koefficienten, der er defineret som:
Rk og Rc in (10) er modstanden mod varmeoverførsel af partikelpakken og kontaktens termiske modstand af en gasfilm. Hamidipour et al. (2005) undersøgte partikelvægskontakt eksperimentelt og fandt ud af, at partikelvægskontakttiden i en seng af sandpartikler falder med stigende gashastighed i det boblende fluidiseringsregime.
den største del af den samlede koefficient for varmeoverførslen er partikelkonvektiv varmeoverførselskoefficient (Botterill, 1975, Baskakov et al., 1978):
det er blevet set, at partikelstørrelsen har en vigtig effekt både på værdien af den maksimale varmeoverførselskoefficient og på ændringen af effekten af visse mekanismer på den overale varmeoverførsel. Af denne grund er indflydelsen af partikelstørrelsen på varmeoverførslen i det fluidiserede leje det mest almindelige mål for den eksperimentelle forskning. De eksperimentelle resultater (Vang et al., 2004) viser, at for små partikler, dp< 0.8 mm bliver virkningerne af termofysiske egenskaber af partikler på varmeoverførselskoefficienten vigtige med faldende partikeldiameter.
eksperimentelt apparat
eksperimentel undersøgelse af varmeoverførsel ved konvektion mellem et nedsænket rør og det fluidiserede leje blev udført på laboratorieskalaapparatet med en højde på 600 mm og det firkantede tværsnit af dimensioner 160h160 mm.
den nedsænkede varmevekslingsoverflade-en elektrisk varmelegeme-er lavet af kobberrør med en ydre diameter på 16 mm og en længde på 100 mm. Tre termoelementer er indbygget på den ydre overflade – på forsiden, lateral og øvre side – i forhold til varmeapparatets retning til fluidiseringsluftstrømmen. Varmeapparatet er fastgjort på bæreren i en ramme med dimensioner på 150h150 mm (figur 4). Rammen kan drejes rundt om den vandrette akse, 100 mm over fordeleren, hvilket muliggør ændring af varmehældningen.
for at få de samme arbejdsforhold for hver fluidiseringshastighed blev varmehældningen ændret, og temperaturen på varmeapparatets overflade og sengen blev målt i hver vinkel. For en defineret fluidiseringshastighed blev varmeapparatets hældning gradvist ændret i trin på 10 liter fra den lodrette position (vinkel på 0 liter) til den vandrette position (vinkel på 90 liter). For hver hældningsvinkel blev målingerne genoprettet efter at have nået den stationære tilstand. Proceduren blev gentaget for hver ny fluidiseringshastighed og alle tre partikelstørrelser: 0,3, 0,5 og 0,9 mm. den stillestående sengehøjde var 160 mm.
resultater og DISKUSSIONSKONKLUSIONER
definition af gennemsnitsværdierne for varmeoverførselskoefficienten mellem fluidiseret leje og nedsænkede skrå udvekslingsflader antager definerede lokale varmeoverførselskoefficienter (Baskakov et al., 1973), hvis fordeling langs overfladen er meget ujævn på grund af forskellige aerodynamiske forhold.
målingen af den lokale varmeoverførselskoefficient mellem varmeapparatets overflade og fluidiseret leje blev udført for at definere middelværdien af varmeoverførselskoefficienten for hele varmeapparatet. På grund af symmetrien af strømmen omkring cylinderen defineres middelværdien af varmeoverførselskoefficienten som den aritmetiske middelværdi af lokale varmeoverførselskoefficienter:
for at undersøge indflydelsen af sandpartikelstørrelse på varmeveksling mellem det fluidiserede leje og nedsænket overflade for en skrånende varmelegeme blev der udført undersøgelser med partikeldiametre på 0,3, 0,5 og 0,9 mm.
tendensen til ændring af varmeoverførselskoefficient med stigning i fluidiseringshastigheden er ens for mindre og større partikler – figur 5, 6 og 7 (Baskakov et al., 1978), selvom denne indflydelse er mindre signifikant for større partikler, fordi efter at have nået en fluidiseringshastighed på 2.5 påvirker lufthastigheden ubetydeligt varmeoverførselskoefficientfordelingen.
for at foretage en bedre analyse af partikelstørrelse og fluidiseringshastighedspåvirkning på varmeveksling mellem fluidiseret leje og skrånende overflade viser figur 8 afhængigheden af relativ varmeoverførselskoefficient (h*=h-liter/h-liter) på hældningsvinkel for fluidiseringshastigheder på 1 til 3.
figuren understreger tydeligt tendensen af varmeoverførselskoefficientændringen for at forblive den samme, uanset partikeldiameteren, men med stigningen i partikeldiameteren falder indflydelsen af varmehældningen. Således falder forskellen mellem værdierne for relativ varmeoverførselskoefficient i lodret og vandret position af varmeren for partikeldiameter 0,3 mm fra 24% til 10%; for en partikeldiameter 0,5 mm fra 23% til 10% og for partikeldiameter 0,9 mm fra 20% til 8% med stigningen i fluidiseringshastighed fra N=1 til N=3,.
konklusioner
på baggrund af resultater af eksperimentel og teoretisk forskning af varmeledningskoefficienter i det fluidiserede leje, der er blevet udført hidtil, såvel som på baggrund af resultaterne af vores egen eksperimentelle forskning er det blevet bekræftet, at det fluidiserede leje har meget god termisk ledningsevne, hvilket muliggør dets anvendelse i adskillige industrielle varmevekslingsprocesser.
resultaterne opnået i eksperimentel forskning har vist, at varmeledningskoefficienter afhænger af den hydrodynamiske struktur af det fluidiserede leje. Selvom ændringen i varmeledningsevne koefficienter adskiller sig i de aksiale og radiale retninger, afhænger det generelt af fluidiseringshastighed og størrelsen af partikler.
for alle behandlede fraktioner af sandet var værdierne for termisk ledningsevne koefficient for det fluidiserede leje i aksial retning inden for 450-3100 m/mK, hvilket også repræsenterer den maksimale værdi, der nås i alle målinger. De opnåede værdier af de samme koefficienter i radial retning ligger inden for 19-110 m/mK, hvilket giver et tilfredsstillende niveau af overensstemmelse med resultaterne fra andre forfattere.
på trods af kompleksiteten af analysen af termisk ledningsevne gennem det fluidiserede leje giver de opnåede resultater et realistisk billede, der kan bruges i al fremtidig teoretisk og eksperimentel forskning om processen med varmeledning i det fluidiserede leje.
resultaterne af eksperimentel undersøgelse bekræfter den direkte afhængighed af varmevekslingsintensitet på de aerodynamiske forhold i fluidiseret leje. Det er tydeligt, at frekvensen og kontaktperioden for varmevekslingsoverflader med bobler og partikelpakker afhænger af partikelstørrelse, fluidiseringshastighed og hældning af varmevekslingsoverfladen.
tendensen til varmeoverførselskoefficientændringen forbliver den samme, uafhængig af partikeldiameteren. Imidlertid falder indflydelsen af varmehældningen med stigningen i partikeldiameteren. Så det kan konkluderes, at indflydelsen af partikelstørrelse på varmeoverførselskoefficient for skrå overflader kan overses.
det kan også konkluderes, at indflydelsen af udvekslingsoverfladehældning på varmeoverførsel mellem det fluidiserede leje og nedsænkede overflader falder med stigningen i fluidiseringshastigheden.
nomenklatur
|
symboler |
||||
|
a |
termisk diffusivitetskoefficient | m2 / s | ||
| Ar |
Archimedes nummer |
|||
| cp | specifik termisk kapacitet af faste stoffer | J / kg K | ||
| Ds |
solid diffusivitet |
m2 / s | ||
| fo | tidspunkt for kontakt af bobler med overfladen | |||
| H |
entalphy |
kJ / kg | ||
| dp | partikeldiameter | m | ||
| h1 | lokal varmeoverførselskoefficient på forsiden | m / m2K | ||
| h2 | lokal varmeoverførselskoefficient på lateral side | m / 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 koefficient | m / m2K | ||
| h * =h-kr/h-kr | relativ varmeoverførselskoefficient | |||
| N | fluidiseringshastigheden | |||
| Rc | kontakt termisk modstand af en gasfilm | |||
| Rk | modstand mod varmeoverførsel af partikelpakken | |||
|
Subscripts |
||||
| a | axial | |||
| mf | minimum fluidization | |||
| p | particle | |||
| r | radial | |||
|
græske Bogstaver |
||||
| λ | termisk conductivitycoefficient | W/m K | ||
| ε | porøsitet af fluid bed | |||
| pp | sand tæthed | kg/m3 | ||
| ρν | hovedparten sand tæthed | kg/m3 | ||
| φ | varmelegeme hældningsvinkel | º | ||
| τ | tid for kontakt af partikel-pakke med overfladen | s | ||
Baskakov A. P., Berg, B. V., Vitt O. K., Filippov N. F., Kirakosy V. A., Goldobin J. M., Maskaev V. K., Heat transfer til objekter, der er nedsænket i fluid senge, Pulver Teknologi, 8, 273-282 (1973).
Baskakov, A. P., Bertg, B. V., Rijkov, A. F., Filippovkij, N. F., Processii Teplo i massoperenosa mod kipjascem sloje, Metalurgija, Moskva, s.144-151, (1978).
Borodulja, V. A., Abrodskij, S. S., Tamarin, A. I., Judickij, V. I., Isledovanie gidrodinamiki i temperaturnoprovodnosti psevdoosti sloja, sb. Teplo-i massoprenos, Tom 5, Energia, Moskva s.75-85, (1966).
Botterill, J. S. M., væske-seng varmeoverførsel, Akademisk presse, London (1975).
Liratipovi, M. N., varmeoverførsel til vandrette rør i fluidiserede senge: eksperiment og teori, ph.d. – afhandling, Oregon State University, Corvallis, OR (1979).
Chen, J. C., Grace, J. R., Golris, M. R., varmeoverførsel i fluidiserede senge: designmetoder, Pulverteknologi, 150, 123-132 (2005).
Davidson, J. F., Harrison, D., Fluidiserede Partikler, Cambrige University Press, Cambridge (1963).
Geljperin N. I., osnovi tehniki psevdoosenie, Moskva, 184 (1967).
Groenevold, H., Tsotsas, E., tørring i fluidiseret seng med nedsænkede varmeelementer, Kemiteknik videnskab 62 (2007).
Hamidipour M., Mostoufi N., Sotudeh-Gharebagh R., Chaouki J., Overvågning af partikelvægskontakten i et gasfluidiseret leje ved RPT, Pulverteknologi 153, 119-126 (2005).
Huilin, L, Yunhua S., Ding J., vandmølle D. og V. L., undersøgelse af blanding/adskillelse af blandingspartikler i gasfaste fluidiserede senge, Kemiskingeniørvidenskab, vol. 62, (2007).
Jovanovic, G. N., Catipovic N. M., Fitsgerald T. J. og Levenspiel O., fluidisering (J. R. Grace, J. M. Matsen, eds.), Plenum, Ny York, s. 325-332 (1990).
Kunii, D., Levenspiel., Fluidiseringsteknik, 13, Viley, Ny York (1969).
Martin, H., Varmeoverførsel mellem gasfluidiserede senge af faste partikler og overfladen af nedsænkede varmeoverføringsveksler elementer, del I. Kemiteknik og forarbejdning, 18, 157-169 (1984).
Massoudi, M., Phuoc T. H., ledning og spredning i skærestrømmen af granulære materialer modelleret som ikke-Nytoniske væsker, Pulverteknologi, 175, 146-162 (2007).
Nauman, E. B., Opholdstidsfordeling i systemer styret af dispersionsligningen, Kemiteknik videnskab, 36(6), 957-966 (1981).
Peters, K., Orlichek A., Schmidt A., De Forenede Stater, Chem. Ing. Højteknologisk., 25 (6), 313-316 (1953).
Schlunder, E. U., Jeg er nødt til at bruge en gratis kontakt, Kemiteknik teknologi 43, 651-654, (1971).
Srinivasakannan, C. Og Balasubramanian, N., En forenklet tilgang til tørring af faste stoffer i en batch fluidiseret seng, Brasiliansk Journal of Chemical Engineering, 19 (3), 293-298 (2002).
Vang L., Vu P., Yang Y. P., Yang J., Tong L. G., Ni., Virkninger af faste partikelegenskaber på varmeoverførsel mellem højtemperaturgasfluidiseret leje og nedsænket overflade, anvendt termisk teknik, 24, 2145-2156 (2004).
Sarghami R., Mostoufi N., Sotudeh-Gharebagha R., Chaouki J., analyse og modellering af partikelvægskontakttid i gasfluidiserede senge, Kemiteknik videnskab, 62, 4573-4578 (2007),