Investigación experimental de coeficiente de conductividad térmica e intercambio de calor entre lecho fluidizado y superficie de intercambio inclinada

DINÁMICA DE fluidos; TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA; Y OTROS TEMAS

Investigación experimental de coeficiente de conductividad térmica e intercambio de calor entre lecho fluidizado y superficie de intercambio inclinada

B. StojanovicI,*; J. JanevskiII; M. StojiljkovicIII

Ifacultad de Ingeniería Mecánica, Universidad de Nis, Serbia, Aleksandra Medevedeva 14, 18000 Nis, Serbia. Correo electrónico: [email protected]
Iifacultad de Ingeniería Mecánica, Universidad de Nis, Serbia, Aleksandra Medevedeva 14, 18000 Nis, Serbia. Correo electrónico: [email protected]
Iiifacultad de Ingeniería Mecánica, Universidad de Nis, Serbia, Aleksandra Medevedeva 14, 18000 Nis, Serbia. Correo electrónico: [email protected]

RESUMEN

El artículo presenta una investigación experimental de los coeficientes de conductividad térmica del lecho de arena silícea fluidizado por aire y una investigación experimental de la influencia del tamaño de partícula en el coeficiente de transferencia de calor entre el lecho fluidizado y las superficies de intercambio inclinadas. Las mediciones se realizaron para la velocidad de fluidización específica y los diámetros de partículas de arena dp = 0,3, 0,5, 0,9 mm. El uso industrial de lechos fluidizados ha aumentado rápidamente en los últimos 20 años debido a sus características útiles. Una de las características sobresalientes de un lecho fluidizado es que tiende a mantener una temperatura uniforme incluso con liberación de calor no uniforme. Sobre la base de la investigación experimental, se ha analizado la influencia de los parámetros operativos del proceso en los valores obtenidos de la conductividad térmica del lecho. Los resultados muestran una dependencia directa de la conductividad térmica en la intensidad de la mezcla, el grado de fluidización y el tamaño de las partículas. En la dirección axial, los coeficientes que se han tratado tienen valores de un orden entero más altos que en la dirección radial. La comparación de los resultados de la investigación experimental con los resultados experimentales de otros autores muestra una buena concordancia y la misma tendencia de cambio de conductividad térmica. Es bien sabido en la literatura que el valor del coeficiente de transferencia de calor es el más alto en la posición horizontal y el más pequeño en la posición vertical de la superficie de intercambio de calor. La variación de la transferencia de calor, dependiendo del ángulo de inclinación, no se examina en detalle. La diferencia entre los valores del coeficiente de transferencia de calor relativo entre la posición vertical y horizontal del calentador para todos los tamaños de partículas se reduce en aproximadamente un 15% con el aumento de la velocidad de fluidización.

Palabras clave: Lecho fluidizado; Transferencia de calor; Superficie; Conductividad térmica de partículas; Arena silícea; Experimento.

INTRODUCCIÓN

Desde su aparición, el fenómeno de la fluidización ha atraído la atención de numerosos investigadores. Su aplicación en numerosas operaciones tecnológicas se debe a sus excelentes propiedades, que se reflejan en: mezcla intensiva de partículas sólidas, una alta superficie de contacto entre el gas y las partículas sólidas, una temperatura casi constante en todo el lecho, así como una inserción y extracción simples del material del lecho. En las últimas décadas, se han publicado numerosos artículos y estudios sobre el proceso de fluidización y su aplicación, la mayoría de los cuales se basan en investigaciones experimentales. El campo de la conducción de calor ha sido de gran interés para los investigadores, ya que el lecho fluidizado se caracteriza por una alta conductividad térmica. Sin embargo, a pesar de un gran número de artículos que abordan este problema (Massoudi y Phouc, 2007), las conclusiones de sus autores son muy dispares, a veces incluso contradictorias. Las razones de esta dispersión de los resultados se encuentran en diferentes condiciones en las que se realizan estos experimentos. Estos hechos han motivado la investigación experimental con el objetivo principal de determinar los coeficientes de conductividad térmica del lecho fluidizado para partículas de arena silícea de diferentes fracciones. Sobre la base de los valores obtenidos del coeficiente de transferencia de calor, se puede concluir que la tendencia al cambio del coeficiente de transferencia de calor sigue siendo la misma, independientemente del tamaño de partícula. La tendencia al cambio del coeficiente de transferencia de calor con el aumento de la velocidad de fluidización es menos significativa para partículas más grandes. La influencia de los parámetros más importantes en los valores de los coeficientes de conductividad térmica del lecho fluidizado se ha analizado a través de los resultados experimentales obtenidos.

Debido al contacto muy eficiente entre gas y partículas, p. ej., lecho fluidizado y superficies o paredes de intercambio de calor sumergidas, los lechos fluidizados tienen un intercambio de calor muy intensivo. La transferencia de calor entre el lecho fluidizado y las superficies sumergidas en el lecho es una función de las características dinámicas del lecho (Martin, 1984), sobre todo el movimiento de las burbujas y la intensidad de mezcla de partículas. Sin embargo, es evidente que la velocidad de fluidización y el tamaño de las partículas son los factores más influyentes en la cantidad de calor intercambiado entre superficies.

Además, los factores clave en la transferencia de calor entre una superficie sumergida y el lecho fluidizado son el movimiento de las partículas en las proximidades de la superficie de transferencia de calor, el tiempo de contacto con la superficie y la concentración de partículas en la pared (Zarghami et al., 2007). El movimiento de gases y partículas por encima, por encima y en el lado lateral de las superficies de intercambio es específico, por lo que los cambios en esas zonas se investigan principalmente en la literatura.

La complejidad del problema y la mayoría de los factores que influyen, que son difíciles de incluir en las ecuaciones, hacen que la determinación experimental del coeficiente de transferencia de calor sea un método aceptado.

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DEL LECHO FLUIDIZADO

Dado que la capacidad térmica específica de las partículas sólidas es volumétricamente mayor que la capacidad térmica específica de los gases en varios órdenes, las partículas móviles son soportes térmicos básicos en el lecho. En este caso, la ecuación ordinaria de Fourier se puede utilizar para describir el proceso de propagación del calor en el lecho fluidizado, donde el coeficiente de difusividad térmica refleja la intensidad de la mezcla de material en el lecho. Su valor se puede medir mediante un método modificado de la fuente de calor instantánea, cuya esencia es la siguiente: se crea un fuerte impulso térmico instantáneo en el lecho fluidizado vertiendo rápidamente una pequeña porción de partículas previamente calentadas de ese mismo material en él. El momento de alcanzar la temperatura máxima tmáx a una cierta distancia de la fuente de calor se registra de acuerdo con la ecuación (Geljperina, 1967):

donde n = 3, 2, 1 dependiendo de si la fuente de calor es un punto, una línea o una superficie. El movimiento de las burbujas permite la mezcla de partículas en la fase de emulsión, tanto en la dirección de la altura del lecho como en la dirección radial, por lo que una cierta cantidad de partículas pasa a través de cualquier intersección observada del lecho. Dado que las partículas en el lecho no isotérmico difieren con respecto al valor de entalpía, aparecerá un flujo resultante de partículas más cálidas si su concentración es mayor en un lado de la intersección observada. Suponiendo que la concentración de partículas más cálidas por unidad de volumen cambia solo en la dirección del flujo de partículas, su flujo térmico resultante por unidad de superficie puede expresarse como:

Si la siguiente expresión para entalpía se introduce en la expresión (2):

nosotros obtenemos:

donde λ es el coeficiente de conductividad térmica del lecho fluidizado, que se define como:

Para determinar el coeficiente de conductividad térmica en la dirección axial, Borodulja y asociados (1966) utilizaron un tubo de vidrio, longitud de 1 m, diámetro de 80 mm. En la superficie superior del lecho, se creó una fuente de calor superficial instantánea vertiendo una pequeña porción (5-7% en volumen) de partículas calentadas en un horno hasta una temperatura de 100-700 ° C. El tiempo de vertido de partículas fue inferior a 0,5 s. Para medir la temperatura de la cama, se utilizaron dos termopares; uno de ellos se colocó en el distribuidor, el otro a la mitad de la altura de la cama. Las mediciones se realizaron con varias fracciones monodispersas y polidispersas de diferentes tipos de material para diferentes alturas del lecho estancado. El procesamiento de datos experimentales ha demostrado que el coeficiente de difusividad térmica en la dirección axial se puede describir mediante la siguiente ecuación:

La determinación del coeficiente de conductividad térmica en dirección radial se realiza en un tubo de 175 mm de diámetro. Se obtuvo una fuente de calor puntual instantánea vertiendo rápidamente una pequeña porción de partículas de arena caliente a lo largo del eje del aparato a través de un tubo de vidrio de 25 mm de diámetro. Para la medición de la temperatura, se colocó un termopar a la altura del vertido de partículas del tubo, a una distancia de 60-70 mm de su eje.

La investigación ha demostrado que hay una mezcla altamente intensiva de material en el lecho fluidizado en la dirección axial. El coeficiente de conductividad térmica axial estaba dentro de λa=(1100-6000)W / m. K. Por otro lado, la mezcla de material en la dirección radial era relativamente pequeña. Los valores de los coeficientes de conductividad térmica radial fueron: λr = (50150)W/m.K.

En su artículo publicado, Peters et al. (1953) intentaron calcular el coeficiente de conductividad térmica determinando el perfil de temperatura en el lecho fluidizado. El aparato tenía la forma de un paralelepípedo, ancho 65 mm, largo 450 mm, altura 480 mm, que no estaba completamente lleno de arena (dekv=0,23 mm). Como fuente de calor, utilizaron un calentador eléctrico que consistía en una espiral de alambre, que proporcionaba calor uniformemente a lo largo de la sección transversal de la cama. El aislamiento térmico del recipiente evitó que la pérdida térmica a través de la pared fuera superior al 7%. Los valores numéricos calculados de conductividad térmica en la dirección axial estaban dentro de 1163-1977 W/m.K, mientras que en la dirección radial eran del orden de 12002000 W / m.K. Peters et al. (1953) afirman que esos valores están significativamente aumentados y que son prácticamente imposibles de obtener sobre la base de tales condiciones experimentales.

La investigación sobre la conductividad térmica del lecho fluidizado muestra la existencia de dispersión de los resultados obtenidos por varios autores (Kunii y Levenspiel, 1976) ya que muestran una dependencia compleja de los coeficientes de conductividad térmica de varios factores. Por lo tanto, es muy difícil dar una aproximación de los resultados obtenidos por alguna dependencia empírica global. Para cálculos prácticos, es mucho más confiable tomar valores absolutos del coeficiente λ en un momento dado.

MÉTODO EXPERIMENTAL

El objetivo de la investigación experimental sobre el lecho fluidizado en este trabajo es la determinación de los coeficientes de conductividad térmica en función de las características operativas del lecho fluidizado: velocidad, velocidad de fluidización y tamaño de las partículas. La investigación experimental se realizó en un aparato de laboratorio (Figura 1). El aparato consta de una parte de medición, por encima de la cual hay un tubo para el suministro de arena calentada al lecho, un dispositivo para el suministro de aire y un dispositivo para la medición, regulación y registro del proceso. Se prestó especial atención a la construcción del dispositivo para el suministro de arena calentada en la cama. El material, que previamente se calentaba a una temperatura de 250-350 ° C, se insertaba instantáneamente en el lecho fluidizado vertiendo rápidamente la superficie a través de la tubería con un diámetro de 45 mm sobre la superficie del lecho.

Un ventilador del entorno externo suministra el aire necesario para la fluidización. El flujo de aire se mide con un aparato estándar, mientras que una válvula permite el flujo de aire deseado. Para estabilizar el flujo de aire, las secciones delante y detrás del aparato son lo suficientemente largas. Una cámara aislada por lana de vidrio ayuda a producir una distribución uniforme del aire en la intersección de la parte operativa del aparato. Se coloca un distribuidor en la entrada de la parte operativa del aparato, mientras que una extensión cónica, que evita la eliminación de fracciones menores, se coloca arriba. Los termopares de cromel-alumel se utilizan para mediciones de temperatura. Uno de ellos se coloca en la salida de la cama. Otro, para determinar el coeficiente de difusividad térmica en la dirección axial, se coloca inmediatamente por encima del distribuidor (Figura 1a), es decir, para determinar ar en la dirección radial (Figura 1b).

Para iniciar la determinación experimental del coeficiente de conductividad térmica, se realizaron ciertas mediciones. Se utilizó arena silícea con fracciones diferentes como material para la fluidización. Después del tamizado en tamices estándar, se separaron fracciones de arena silícea con un diámetro medio de partículas de 0,3 mm, 0,5 mm y 0,9 mm (Tabla 1). Para cada fracción se determinaron las siguientes características:

■ densidad de arena real pp,
■ densidad de arena a granel pn,
■ diámetro de partícula equivalente dp,
■ porosidad a una velocidad de fluidización mínima emf,
■ velocidad de fluidización mínima Umf.

La velocidad mínima de fluidización se determinó experimentalmente y su valor coincide con el valor de la ecuación (Srinivasakannan y Balasubramanian, 2002):

La densidad aparente de las partículas se determinó vertiendo libremente una cierta cantidad de arena en un recipiente calibrado, mientras que la densidad real se determinó mediante un picnómetro. El valor de la capacidad térmica específica se tomó de Naumann (1981).

Como se ha dicho, para determinar el coeficiente de conductividad térmica en la dirección axial, se colocan dos termopares en el eje del lecho estancado, el primero se colocó a 43,5 mm del distribuidor y el segundo en la superficie del lecho. Al ajustar el flujo de aire, se obtiene la velocidad deseada del aire a la temperatura de trabajo. A esta velocidad de trabajo del aire, con velocidad de fluidización mínima conocida, se determinó la velocidad de fluidización. En este estado establecido, una porción ya preparada de arena previamente calentada se inserta muy rápidamente a través de la tubería fija. Durante el movimiento de arena caliente insertada a través del lecho fluidizado, los termopares midieron la temperatura en el lecho, con registro en un sistema de adquisición. Para una velocidad de fluidización establecida, se registraron temperaturas de lecho separadas cada 0,02 s. Lo que se puede notar es que la temperatura en el lecho aumenta, debido al movimiento de partículas de arena caliente. Al mismo tiempo, se lee el intervalo de tiempo entre dos aumentos máximos de temperatura registrados por los termopares. Para una distancia conocida entre los termopares y el tiempo de lectura, se calcula el valor del coeficiente de difusividad térmica. Dado que la difusividad térmica se determina en la dirección axial, se supone que, en la ecuación (1), el valor de n=1 (dosificación de material superficial). Para una cierta velocidad de fluidización y las condiciones existentes, el experimento se repitió varias veces. La velocidad del aire se incrementó y se realizó otro experimento, para la misma fracción de arena, de la manera descrita anteriormente. Después de medir una fracción determinada, se vacía la parte operativa del aparato y se vierte otra fracción y se repite el mismo experimento.

Los valores del coeficiente de conductividad térmica en la dirección radial se determinaron por el mismo procedimiento que los valores de conductividad axial. Como se ha descrito, la diferencia está en las posiciones de los termopares, que estaban, en este caso, en el mismo plano (Figura 1b), y con dosificación de material fuente puntual (n=3).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Para la evaluación de la intensidad de mezcla en el lecho fluidizado, el coeficiente de conductividad térmica efectiva es autorizado. En vista de la interrelación entre la conductividad térmica y los coeficientes de difusividad térmica, la Figura 2 muestra la dependencia de los valores promediados del coeficiente de conductividad térmica de la velocidad del agente de fluidización. Dado que la conductividad térmica y la difusividad térmica están conectadas a través de la capacidad térmica específica de las partículas y la densidad del lecho fluidizado, que depende directamente de la porosidad del lecho, la forma en que el coeficiente de conductividad térmica cambia con la tasa de fluidización es similar a la forma en que el coeficiente de difusividad térmica cambia con la tasa de fluidización. Valor máximo de conductividad térmica, que se produce a una velocidad de fluidización de aproximadamente N=2.5, una vez más señala el hecho de que, a esa velocidad del agente de fluidización, la mezcla de partículas provoca contactos más intensos y colisiones de partículas sólidas (Huilin et al., 2007). La aparición del máximo también puede explicarse por una disminución de la densidad del lecho fluidizado y un aumento de su porosidad con el aumento de la velocidad del gas, lo que puede causar características diferentes del cambio del coeficiente de conductividad térmica.

Generalmente, los valores obtenidos del coeficiente de difusividad térmica en la dirección radial son menores en un orden completo (Figura 3). En contraste con el coeficiente de conductividad en la dirección axial, en este caso lo que se puede observar para todos los diámetros equivalentes promedio es la ocurrencia del máximo del coeficiente de conductividad térmica en la dirección radial a una velocidad de fluidización N=2.5. Según numerosos investigadores, la concentración local de partículas influye en la transferencia de calor en el sentido de su intensificación cuando la distribución anular de partículas a través de la sección transversal de la columna (con un núcleo sólido en el centro, un lecho enrarecido alrededor del núcleo y un anillo denso junto a la pared) se deteriora. Al mismo tiempo, aumenta la mezcla de partículas y la frecuencia de sus colisiones mutuas, lo que mejora la difusión más intensiva del calor. Se pueden observar ciertas fluctuaciones de los valores de difusividad térmica en los diagramas de dependencia del coeficiente de difusividad térmica de la tasa de fluidización. La causa de estas fluctuaciones puede ser la llegada sucesiva de paquetes de partículas calentadas de manera diferente a los lugares de observación y, a veces, burbujas que pasan a través de la cama. Cuando las burbujas atraviesan la cama, en algún momento, uno de los dos termopares puede estar dentro de una burbuja, registrando así la temperatura del aire dentro de la burbuja. Dado que la temperatura del aire dentro de una burbuja es más alta que la temperatura del aire y de las partículas sólidas en la fase de emulsión, se producirá un aumento de la temperatura en ese lugar en ese momento.

Por medio de su interacción, todos los parámetros hidrodinámicos tratados influyen de manera altamente compleja en la transferencia de calor global en el lecho fluidizado y, en consecuencia, en los coeficientes de conductividad térmica. La dominación de algunos de ellos ocurre solo en un rango limitado. Los resultados obtenidos a través de los experimentos apuntan al hecho de que la porosidad del lecho, i. e., la concentración de partículas, aunque es un factor muy importante de transferencia de calor en el lecho fluidizado, no es independiente del flujo de partículas, la velocidad relativa de partículas y gases y la mezcla inversa.

El error porcentual del instrumento de medida se determinó con base en los valores obtenidos:

■ distancia entre los termopares – 1%
■ tiempo – 0,4%

Con base en los valores anteriores, el error cuadrado promedio porcentual de los instrumentos de medida fue de 1,077%, mientras que el error de determinación del coeficiente de difusividad térmica experimentalmente fue de 8,8%.

Teniendo en cuenta que los valores obtenidos del error de medición del coeficiente de transferencia de calor se encuentran en los límites permitidos para la investigación experimental, los resultados pueden considerarse confiables y precisos.

TRANSFERENCIA DE CALOR ENTRE EL LECHO FLUIDIZADO Y LAS SUPERFICIES SUMERGIDAS EN EL LECHO

La forma más utilizada de transferencia de calor en el lecho fluidizado es la transferencia de calor entre el lecho fluidizado y las superficies sumergidas de diferentes formas y tamaños (Botterill, 1975).

El valor del coeficiente de transferencia de calor aumenta cuando la velocidad del gas es superior a la velocidad mínima de fluidización. Alcanza su máximo para la velocidad del gas conocida como la velocidad óptima de la fluidización. Después de esto, disminuye con el aumento de la velocidad.

Generalmente se acepta que el coeficiente de transferencia de calor convectivo de superficie a lecho puede considerarse compuesto de tres componentes aditivos:

donde hpc, hgc, hb son los coeficientes de convección de partículas, convección de gases y transferencia de calor de burbujas, y (1-fo) es el tiempo de contacto de la fase de emulsión con la superficie de transferencia de calor (Chen et al., 2005).

El tiempo de contacto del paquete de partículas con la superficie τ depende tanto del tiempo de contacto de las burbujas con la superficie fo como de la frecuencia del tránsito de las burbujas en el punto considerado de la superficie

donde A es el coeficiente que se define como:

Rk y Rc in (10) son la resistencia a la transferencia de calor del paquete de partículas y la resistencia térmica de contacto de una película de gas. Hamidipour et al. (2005) investigaron experimentalmente el contacto de la pared de partículas y encontraron que el tiempo de contacto de la pared de partículas en un lecho de partículas de arena disminuye con el aumento de la velocidad del gas en el régimen de burbujas de fluidización.

La mayor parte del coeficiente total de transferencia de calor es el coeficiente de transferencia de calor convectivo de partículas (Botterill, 1975, Baskakov et al, 1978):

Se ha visto que el tamaño de partícula tiene un efecto importante tanto en el valor del coeficiente de transferencia de calor máximo como en el cambio del efecto de ciertos mecanismos en la transferencia de calor general. Por esta razón, la influencia del tamaño de partícula en la transferencia de calor en el lecho fluidizado es el objetivo más común de la investigación experimental. Los resultados experimentales(Wang et al., 2004) muestran que, para partículas pequeñas, dp< 0.8 mm, los efectos de las propiedades termofísicas de las partículas en el coeficiente de transferencia de calor se vuelven importantes con la disminución del diámetro de las partículas.

APARATO EXPERIMENTAL

La investigación experimental de la transferencia de calor por convección entre un tubo sumergido y el lecho fluidizado se llevó a cabo en el aparato a escala de laboratorio de 600 mm de altura y la sección transversal cuadrada de dimensiones 160×160 mm.

La superficie de intercambio de calor sumergido, un calentador eléctrico, está hecha de tubo de cobre, de diámetro exterior 16 mm y longitud 100 mm. Tres termopares están incorporados en la superficie exterior, en la parte frontal, lateral y superior, en relación con la dirección de rotación del calentador al flujo de aire de fluidización. El calentador se fija al soporte en un bastidor de 150×150 mm de dimensiones (Figura 4). El bastidor se puede girar alrededor del eje horizontal, 100 mm por encima del distribuidor, lo que permite cambiar la inclinación del calentador.

Para obtener las mismas condiciones de trabajo para cada velocidad de fluidización, se modificó la inclinación del calentador y se midió la temperatura de la superficie del calentador y de la cama en cada ángulo. Para una velocidad de fluidización definida, la inclinación del calentador se cambió gradualmente en incrementos de 10º desde la posición vertical (ángulo de 0º) a la posición horizontal (ángulo de 90º). Para cada ángulo de inclinación, las mediciones se restablecieron después de alcanzar el estado estacionario. El procedimiento se repitió para cada nueva velocidad de fluidización y los tres tamaños de partícula: 0,3, 0,5 y 0,9 mm. La altura del lecho estancado fue de 160 mm.

RESULTADOS Y CONCLUSIONES DE LA DISCUSIÓN

Definir los valores promedio del coeficiente de transferencia de calor entre el lecho fluidizado y las superficies de intercambio inclinadas sumergidas supone coeficientes de transferencia de calor locales definidos (Baskakov et al. , 1973), cuya distribución a lo largo de la superficie es muy desigual, debido a las diferentes condiciones aerodinámicas.

Se realizó la medición del coeficiente de transferencia de calor local entre la superficie del calentador y el lecho fluidizado para definir el valor medio del coeficiente de transferencia de calor para todo el calentador. Debido a la simetría del flujo alrededor del cilindro, el valor medio del coeficiente de transferencia de calor se define como el valor medio aritmético de los coeficientes de transferencia de calor locales:

Para examinar la influencia del tamaño de partícula de arena en el intercambio de calor entre el lecho fluidizado y la superficie sumergida para un calentador inclinado, se realizaron investigaciones con diámetros de partícula de 0,3, 0,5 y 0,9 mm.

La tendencia del cambio del coeficiente de transferencia de calor con el aumento de la tasa de fluidización es similar para partículas más pequeñas y más grandes – Figuras 5, 6 y 7 (Baskakov et al., 1978), aunque esta influencia es menos significativa para partículas más grandes, porque después de alcanzar una tasa de fluidización de 2.5, la velocidad del aire influye de manera insignificante en la distribución del coeficiente de transferencia de calor.

Para hacer un mejor análisis del tamaño de partícula y la influencia de la tasa de fluidización en el intercambio de calor entre el lecho fluidizado y la superficie inclinada, la Figura 8 muestra la dependencia del coeficiente de transferencia de calor relativo (h*=hφ/hº) del ángulo de inclinación para tasas de fluidización de 1 a 3.

La figura subraya claramente la tendencia del cambio del coeficiente de transferencia de calor a permanecer igual, sin importar el diámetro de las partículas, pero con el aumento del diámetro de las partículas, la influencia de la inclinación del calentador disminuye. Por lo tanto, la diferencia entre los valores del coeficiente de transferencia de calor relativo en posición vertical y horizontal del calentador para el diámetro de partícula 0,3 mm disminuye de 24% a 10%; para un diámetro de partícula 0,5 mm de 23% a 10% y para un diámetro de partícula 0,9 mm de 20% a 8% con el aumento de la tasa de fluidización de N=1 a N=3,.

CONCLUSIONES

Sobre la base de los resultados de la investigación experimental y teórica de los coeficientes de conductividad térmica en el lecho fluidizado que se han realizado hasta ahora, así como sobre la base de los resultados de nuestra propia investigación experimental, se ha confirmado que el lecho fluidizado tiene muy buena conductividad térmica, lo que permite su aplicación en numerosos procesos industriales de intercambio de calor.

Los resultados obtenidos en investigaciones experimentales han demostrado que los coeficientes de conductividad térmica dependen de la estructura hidrodinámica del lecho fluidizado. Aunque el cambio en los coeficientes de conductividad térmica difiere en las direcciones axial y radial, generalmente depende de la velocidad de fluidización y el tamaño de las partículas.

Para todas las fracciones tratadas de la arena, los valores del coeficiente de conductividad térmica del lecho fluidizado en la dirección axial estaban dentro de 450-3100 W/mK, que también representa el valor máximo alcanzado en todas las mediciones. Los valores obtenidos de esos mismos coeficientes en la dirección radial están dentro de 19-110 W / mK, lo que proporciona un nivel satisfactorio de concordancia con los resultados de otros autores.

A pesar de la complejidad del análisis de la conductividad térmica a través del lecho fluidizado, los resultados obtenidos proporcionan una imagen realista que se puede utilizar en todas las investigaciones teóricas y experimentales futuras sobre el proceso de conducción de calor en el lecho fluidizado.

Los resultados de la investigación experimental confirman la dependencia directa de la intensidad del intercambio de calor de las condiciones aerodinámicas en lecho fluidizado. Es evidente que la frecuencia y el período de contacto de las superficies de intercambio de calor con burbujas y paquetes de partículas depende del tamaño de las partículas, la velocidad de fluidización y la inclinación de la superficie de intercambio de calor.

La tendencia del cambio del coeficiente de transferencia de calor permanece igual, independientemente del diámetro de la partícula. Sin embargo, la influencia de la inclinación del calentador disminuye con el aumento del diámetro de las partículas. Por lo tanto, se puede concluir que se puede descuidar la influencia del tamaño de partícula en el coeficiente de transferencia de calor para superficies inclinadas.

También se puede concluir que la influencia de la inclinación de la superficie de intercambio en la transferencia de calor entre el lecho fluidizado y las superficies sumergidas disminuye con el aumento de la tasa de fluidización.

NOMENCLATURA

Símbolos
un		la difusividad térmica coeficiente de		m2/s
Ar		Arquímedes número
cp		específica de la capacidad térmica de los sólidos		J/kg K
Ds		sólido difusividad		m2/s
fo		el tiempo de contacto de burbujas con la superficie
H		entalpía		kJ/kg
dp		diámetro de la partícula		m
h1		local coeficiente de transferencia de calor en la parte delantera		W/m2K
h2		local coeficiente de transferencia de calor en el costado		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 coeficiente de		W/m2K
h*=hφ/hº		relativa coeficiente de transferencia de calor
N		la fluidificación de la tasa de
Rc		contacto de la resistencia térmica de un gas película
Rk		la resistencia a la transferencia de calor de la partícula paquete
Subscripts
a		axial
mf		minimum fluidization
p		particle
r		radial
las Letras griegas
λ		térmica conductivitycoefficient		W/m K
ε		la porosidad de lecho fluidizado
pp		la densidad de arena		kg/m3
ρν		a granel arena de densidad		kg / m3
φ		ángulo de inclinación del calentador		º
τ		tiempo de contacto del paquete de partículas con la superficie		s

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