folyadék dinamika; hő-és TÖMEGÁTADÁS; és egyéb témák
kísérleti vizsgálata hővezetési együttható és hőcserélő között Fluid ágy és ferde csere felület
B. StojanovicI,*; J. JanevskiII; M. Stojiljkovicii
IFA NIS Egyetem Gépészmérnöki Kara, Szerbia, Aleksandra medevedeva 14, 18000 Nis, Szerbia. E-mail: [email protected]
Gépészmérnöki Kar, Nis Egyetem, Szerbia, Aleksandra Medevedeva 14, 18000 Nis, Szerbia. E-mail: [email protected]
Gépészmérnöki Kar, Nis Egyetem, Szerbia, Aleksandra Medevedeva 14, 18000 Nis, Szerbia. E-mail: [email protected]
absztrakt
a cikk a levegővel fluidizált kovasavas homokágy hővezetési együtthatóinak kísérleti kutatását, valamint a fluidágy és a ferde cserefelületek közötti hőátadási együtthatóra gyakorolt részecskeméret kísérleti vizsgálatát mutatja be. A méréseket a DP=0,3, 0,5, 0,9 mm-es specifikus Fluidizációs sebességre és homokrészecske átmérőre végeztük. a fluidágyak ipari felhasználása az elmúlt 20 évben gyorsan növekedett hasznos tulajdonságaik miatt. A fluidágy egyik kiemelkedő jellemzője, hogy egyenletes hőmérsékletet tart fenn még nem egyenletes hőkibocsátás esetén is. Kísérleti kutatások alapján elemezték a folyamat működési paramétereinek hatását az ágy hővezető képességének kapott értékeire. Az eredmények azt mutatják, hogy a hővezető képesség közvetlenül függ a keverés intenzitásától, a fluidizáció mértékétől, a részecskék méretétől. Tengelyirányban a kezelt együtthatók értéke egész sorrendben magasabb, mint a sugárirányban. A kísérleti kutatási eredmények összehasonlítása más szerzők kísérleti eredményeivel jó egyezést és a hővezető képesség változásának azonos tendenciáját mutatja. A szakirodalomban jól ismert, hogy a hőátadási együttható értéke a hőcserélő felület vízszintes helyzetében a legmagasabb, függőleges helyzetében pedig a legkisebb. A hőátadás változása a dőlésszögtől függően nem vizsgálható részletesen. A relatív hőátadási együttható értékei közötti különbség a függőleges és vízszintes fűtőpozíció között minden részecskeméretnél körülbelül 15% – kal csökken a Fluidizációs sebesség növekedésével.
kulcsszavak: Fluidágy; hőátadás; felület; részecske hővezető képesség; kovasavas homok; kísérlet.
bevezetés
megjelenése óta a Fluidizációs jelenség számos kutató figyelmét felkeltette. Alkalmazása számos technológiai műveletben kiváló tulajdonságaiból fakad, amelyek tükröződnek: a szilárd részecskék intenzív keverése, a gáz és a szilárd részecskék közötti magas érintkezési felület, szinte állandó hőmérséklet az egész ágyban, valamint az anyag egyszerű behelyezése és eltávolítása az ágyból. Az elmúlt évtizedekben számos tanulmány és tanulmány jelent meg a fluidizáció folyamatáról és alkalmazásáról, amelyek többsége kísérleti kutatáson alapul. A hővezetés területe nagy érdeklődést mutatott a kutatók számára, mivel a fluidágyat magas hővezető képesség jellemzi. Mégis, annak ellenére, hogy számos tanulmány foglalkozik ezzel a problémával (Massoudi and Phouc, 2007), szerzőik következtetései nagyon eltérőek, néha még ellentmondásosak is. Az eredmények diszperziójának okai különböző körülmények között rejlenek, amelyekben ezeket a kísérleteket elvégzik. Ezek a tények motiválták a kísérleti kutatásokat azzal a fő céllal, hogy meghatározzák a fluidágy hővezetési együtthatóit a különböző frakciók szilíciumos homok részecskéire. A hőátadási együttható kapott értékei alapján arra lehet következtetni, hogy a hőátadási együttható változásának tendenciája változatlan marad, függetlenül a részecskemérettől. A hőátadási együttható változásának tendenciája a Fluidizációs sebesség növekedésével kevésbé jelentős a nagyobb részecskék esetében. A legfontosabb paramétereknek a fluidágy hővezetési együtthatóinak értékeire gyakorolt hatását a kapott kísérleti eredmények alapján elemeztük.
a gáz és a részecskék közötti nagyon hatékony érintkezés miatt, pl., Fluid ágy és merített hőcserélő felületek vagy falak, Fluid ágy nagyon intenzív hőcserélő. A fluidágy és az ágyba merített felületek közötti hőátadás az ágy dinamikus jellemzőinek függvénye (Martin, 1984), mindenekelőtt a buborékmozgás és a részecskék keverési intenzitása. Nyilvánvaló azonban, hogy a Fluidizációs sebesség és a részecskeméret a legbefolyásosabb tényezők a felületek közötti hőmennyiségre.
a bemerített felület és a fluidágy közötti hőátadás kulcsfontosságú tényezői a részecskék mozgása a hőátadó felület közelében, a felülettel való érintkezési idő és a részecskék koncentrációja a falon (Zarghami et al., 2007). A cserefelületek fölötti, fölötti és oldalirányú gáz-és részecskemozgás specifikus, ezért az ezekben a zónákban végbemenő változásokat leginkább a szakirodalom vizsgálja.
a probléma összetettsége és a befolyásoló tényezők többsége, amelyeket nehéz belefoglalni az egyenletekbe,a hőátadási együttható kísérleti meghatározását elfogadják.
a FLUIDÁGY hővezető képessége
mivel a szilárd részecskék fajlagos hőkapacitása volumetrikusan nagyobb, mint a gázok fajlagos hőkapacitása több sorrendben, a mozgó részecskék alapvető hőtartók az ágyban. Ebben az esetben a szokásos Fourier-egyenlet használható a fluidágyban a hőterjedés folyamatának leírására, ahol a termikus diffúziós együttható tükrözi az anyag keveredésének intenzitását az ágyban. Értékét a pillanatnyi hőforrás módosított módszerével lehet mérni, amelynek lényege a következő: erős pillanatnyi hőimpulzus jön létre a fluidágyban azáltal, hogy ugyanazon anyag korábban felmelegített részecskéinek egy kis részét gyorsan beleönti. A Tmax maximális hőmérséklet elérésének pillanatát a hőforrástól bizonyos távolságban az egyenlet szerint regisztráljuk (Geljperin, 1967):
ahol n=3, 2, 1 attól függően, hogy a hőforrás pont, vonal vagy felület. A buborékok mozgása lehetővé teszi a részecskék keveredését az emulziós fázisban, mind az ágy magasságának irányában, mind sugárirányban, ahol bizonyos mennyiségű részecske halad át az ágy bármely megfigyelt metszéspontján. Mivel a nem izotermikus ágyban lévő részecskék különböznek az entalpia értékétől, melegebb részecskék áramlása jelenik meg, ha koncentrációjuk nagyobb a megfigyelt kereszteződés egyik oldalán. Feltételezve, hogy a melegebb részecskék koncentrációja egységnyi térfogatra csak a részecskék áramlásának irányában változik, az egységnyi felületre jutó termikus fluxusuk a következőképpen fejezhető ki:
ha az entalpia következő kifejezését vezetjük be az expresszióba (2):
megkapjuk:
ahol a fluidágy hővezetési együtthatója, amelyet a következőképpen határozunk meg:
a hővezetési együttható tengelyirányú meghatározásához a Borodulja and associates (1966) 1 m hosszú, 80 mm átmérőjű üvegcsövet használt. az ágy felső felületén pillanatnyi felületi hőforrást hoztunk létre úgy, hogy egy kemencében felmelegített részecskék kis részét (5-7 térfogat%) 100-700 KB hőmérsékletre öntöttük. A részecske öntésének ideje kevesebb volt, mint 0,5 s. Az ágy hőmérsékletének mérésére két hőelemet használtunk; az egyiket az elosztóra, a másikat az ágy magasságának felére helyezték. A méréseket különböző típusú anyagok több monodiszperz és polidiszperz frakciójával végeztük a pangó ágy különböző magasságaiban. A kísérleti adatok feldolgozása azt mutatta, hogy a tengelyirányú termikus diffúziós együttható a következő egyenlettel írható le:
a hővezetési együttható radiális irányban történő meghatározását 175 mm átmérőjű csőben végezzük. pillanatnyi ponthőforrást úgy kaptunk, hogy a meleg homokrészecskék kis részét gyorsan öntöttük a készülék tengelye mentén egy 25 mm átmérőjű üvegcsőn keresztül. a hőmérséklet méréséhez egy hőelemet helyeztünk a csőből származó részecskék öntésének magasságába, a tengelyétől 60-70 mm távolságra.
a kutatás kimutatta, hogy a fluidágyban axiális irányban rendkívül intenzív anyagkeverés van. Az axiális hővezetési együttható a(1100-6000)w/m.k. másrészt az anyag radiális irányú keverése viszonylag kicsi volt. A radiális hővezetési együtthatók értékei a következők voltak: xhamr=(50150) W/m.K.
publikált tanulmányukban, Peters et al. (1953) megpróbálta kiszámítani a hővezetési együtthatót a fluidágy hőmérsékleti profiljának meghatározásával. A készülék párhuzamos alakú volt, szélessége 65 mm, hossza 450 mm, magassága 480 mm, amelyet nem töltöttek teljesen homokkal (dekv=0,23 mm). Hőforrásként egy huzal spirálból álló elektromos fűtőtestet használtak, amely egyenletesen biztosította a hőt az ágy keresztirányú szakasza mentén. Az edény hőszigetelése megakadályozta, hogy a falon keresztüli hőveszteség meghaladja a 7% – ot. A hővezető képesség számított numerikus értékei tengelyirányban 1163-1977 W/m.K, míg sugárirányban 12002000 W/m.K. Peters et al. (1953) kijelenti, hogy ezek az értékek jelentősen megnövekedtek, és hogy ilyen kísérleti körülmények között gyakorlatilag lehetetlen megszerezni őket.
a fluidágy hővezetőképességének kutatása azt mutatja, hogy a különböző szerzők (Kunii and Levenspiel, 1976) által kapott eredmények diszperziója létezik, mivel a hővezetési együtthatók komplex függését mutatják különböző tényezőktől. Ezért nagyon nehéz a kapott eredmények közelítését valamilyen globális empirikus függőséggel megadni. A gyakorlati számításokhoz sokkal megbízhatóbb az együttható abszolút értékeinek figyelembe vétele egy adott pillanatban.
kísérleti módszer
a fluidágy kísérleti kutatásának célja ebben a tanulmányban a hővezetési együtthatók meghatározása a fluidágy működési jellemzőitől függően: sebesség, Fluidizációs sebesség és a részecskék mérete. Kísérleti kutatást végeztünk laboratóriumi berendezésen (1.ábra). A készülék egy mérő részből áll, amely felett van egy cső a fűtött homok betáplálására az ágyba, egy eszköz a levegő ellátására, valamint egy eszköz a folyamat mérésére, szabályozására és regisztrálására. Különös figyelmet fordítottak a készülék felépítésére, amely fűtött homokot szállít az ágyba. Az anyagot, amelyet előzőleg 250-350 KB hőmérsékletre melegítettünk, azonnal behelyeztük a fluidágyba úgy, hogy a 45 mm átmérőjű csövön keresztül gyors felületet öntöttünk az ágy felületére.
a külső környezetből származó ventilátor biztosítja a fluidizáláshoz szükséges levegőt. A levegő áramlását szabványos készülékkel mérik, míg egy szelep lehetővé teszi a kívánt levegőáramlást. A levegő áramlásának stabilizálása érdekében a készülék előtti és mögötti szakaszok elég hosszúak. Az üveggyapot által izolált kamra elősegíti a levegő egyenletes eloszlását a készülék működési részének metszéspontján. A készülék működési részének bemeneti nyílásánál elosztót helyeznek el, míg a kisebb frakciók eltávolítását megakadályozó kúpos hosszabbító van elhelyezve. A hőmérséklet méréséhez Chromel-alumel hőelemeket használnak. Az egyiket az ágy kimenetén helyezik el. Egy másik, az axiális irányú termikus diffúziós együttható meghatározására közvetlenül az elosztó fölé kerül (1a. ábra), azaz az AR radiális irányú meghatározására (1b.ábra).
a hővezetési együttható kísérleti meghatározásának megkezdéséhez bizonyos méréseket végeztünk. A fluidizálás anyagaként különböző frakciójú szilíciumos homokot használtunk. A standard szitákban történő szitálást követően a 0,3 mm, 0,5 mm és 0,9 mm átlagos részecskeátmérőjű kovasavas homok frakcióit szétválasztottuk (1.táblázat). Az egyes frakciókra a következő jellemzőket határoztuk meg:
tényleges homoksűrűség pp,
xhamstersűrűség PN,
xhamstersűrűség DP egyenértékű részecskeátmérő,
homogén porozitás minimális Fluidizációs sebesség mellett emf,
homogén porozitás minimális Fluidizációs sebesség Umf.
a minimális Fluidizációs sebességet kísérletileg határoztuk meg, és értéke egybeesik az egyenlet értékével (Srinivasakannan és Balasubramanian, 2002):
a részecskék Térfogatsűrűségét úgy határoztuk meg, hogy egy bizonyos mennyiségű homokot szabadon öntöttünk egy kalibrált edénybe, míg a tényleges sűrűséget piknométerrel határoztuk meg. A fajlagos hőkapacitás értékét Naumann-tól (1981) vettük.
mint már említettük, a hővezetési együttható tengelyirányú meghatározásához két hőelemet helyezünk az álló ágy tengelyére, ahol az elsőt az elosztótól 43,5 mm-re, a másodikat az ágy felületére helyezzük. A levegő áramlásának beállításával a levegő kívánt sebességét kapjuk az üzemi hőmérsékleten. A levegő ezen munkasebességénél, ismert minimális Fluidizációs sebességgel, meghatároztuk a Fluidizációs sebességet. Ebben a megállapított állapotban a korábban felmelegített homok már elkészített részét nagyon gyorsan behelyezzük a rögzített csövön keresztül. A behelyezett forró homok mozgása során a fluidágyon keresztül a hőelemek mért hőmérsékletet mértek az ágyban, regisztrálva egy beszerzési rendszeren. Egy meghatározott Fluidizációs sebességhez külön ágyhőmérsékletet regisztráltunk 0,02 s. meg lehet jegyezni, hogy az ágy hőmérséklete növekszik a forró homokrészecskék mozgása miatt. Ugyanakkor leolvassuk a hőelemek által regisztrált két maximális hőmérséklet-emelkedés közötti időtartamot. A hőelemek és az olvasási idő közötti ismert távolságra kiszámítják a termikus diffúziós együttható értékét. Mivel a termikus diffúziót tengelyirányban határozzuk meg, feltételezzük, hogy az (1) egyenletben az N=1 értéke (felületes anyagadagolás). Egy bizonyos Fluidizációs sebesség és a meglévő feltételek mellett a kísérletet többször megismételtük. Ezután megnöveltük a levegő sebességét, majd egy másik kísérletet végeztünk ugyanahhoz a homokfrakcióhoz, a fent leírt módon. Egy bizonyos frakció mérése után a készülék működési részét kiürítik, egy másik frakciót öntenek be, és ugyanazt a kísérletet megismételik.
a hővezetési együttható radiális irányú értékeit ugyanazzal az eljárással határoztuk meg, mint az axiális vezetőképesség értékeit. Mint leírtuk, a különbség a hőelemek helyzetében van, amelyek ebben az esetben ugyanabban a síkban voltak (1b ábra), valamint a pont forrásanyag adagolásával (n=3).
eredmények és megbeszélés
a fluidágyban történő keverés intenzitásának értékeléséhez az effektív hővezetési együttható mérvadó. A hővezető képesség és a termikus diffúziós együtthatók közötti összefüggést figyelembe véve a 2.ábra a hővezetési együttható átlagolt értékeinek függését mutatja a fluidizálószer sebességétől. Mivel a hővezető képesség és a termikus diffúzió a részecskék specifikus hőkapacitásán és a fluidágy sűrűségén keresztül kapcsolódik, amely közvetlenül függ az ágy porozitásától, a hővezetési együttható Fluidizációs sebességgel történő változásának módja hasonló ahhoz, ahogyan a termikus diffúziós együttható a Fluidizációs sebességgel változik. A hővezető képesség maximális értéke, amely körülbelül N=2 Fluidizációs sebességgel fordul elő.5. ismét rámutat arra a tényre, hogy a fluidizáló szer ezen sebességénél a részecskék keveredése intenzívebb érintkezést és szilárd részecskék ütközését eredményezi (Huilin et al., 2007). A maximum előfordulása a fluidágy sűrűségének csökkenésével és porozitásának növekedésével is magyarázható a gázsebesség növekedésével, ami a hővezetési együttható változásának eltérő jellemzőit okozhatja.
általában a radiális irányban a termikus diffúziós együttható kapott értékei egész sorrendben kisebbek (3.ábra). A tengelyirányú vezetőképességi együtthatóval ellentétben, ebben az esetben az összes átlagos ekvivalens átmérőnél megfigyelhető a hővezetési együttható maximális radiális irányú előfordulása n=2,5 Fluidizációs sebességgel. Számos kutató szerint a részecskék helyi koncentrációja befolyásolja a hőátadást annak fokozódása szempontjából, amikor a részecskék gyűrű alakú eloszlása az oszlop keresztirányú szakaszán (középen szilárd maggal, a mag körül ritkított ágyzal és a fal melletti sűrű gyűrűvel) romlik. Ugyanakkor a részecskék keveredése és a kölcsönös ütközések gyakorisága növekszik, ami fokozza a hő intenzívebb diffúzióját. A termikus diffúzió értékeinek bizonyos ingadozásai megfigyelhetők a termikus diffúziós együttható Fluidizációs sebességtől való függésének diagramjaiban. Ezeknek az ingadozásoknak az oka lehet a különböző fűtött részecskecsomagok egymást követő érkezése a megfigyelési helyekre, néha az ágyon áthaladó buborékok. Amikor a buborékok áthaladnak az ágyon, egy bizonyos pillanatban a két hőelem egyike egy buborék belsejében lehet, így regisztrálva a buborék belsejében lévő levegő hőmérsékletét. Mivel a buborék belsejében a levegő hőmérséklete magasabb, mint a levegő és a szilárd részecskék hőmérséklete az emulziós fázisban, a hőmérséklet emelkedése abban a pillanatban fog bekövetkezni.
kölcsönhatásuk révén az összes kezelt hidrodinamikai paraméter rendkívül összetett módon befolyásolja a fluidágy globális hőátadását, következésképpen a hővezetési együtthatókat. Néhányuk uralma csak korlátozott tartományban fordul elő. A kísérletek során kapott eredmények arra a tényre utalnak, hogy az ágy porozitása, azaz., a részecskék koncentrációja, bár a fluidágyban a hőátadás nagyon fontos tényezője, nem független a részecske fluxusától, a relatív részecske-és gázsebességtől, valamint a fordított keveréstől.
a mérőműszer százalékos hibáját a kapott értékek alapján határoztuk meg:
GmbH a hőelemek közötti távolság – 1%
GmbH idő – 0,4%
a fenti értékek alapján a mérőműszerek százalékos átlagos négyzethibája 1,077% volt, míg a termikus diffúziós együttható kísérleti meghatározásának hibája 8,8% volt.
figyelembe véve, hogy a hőátadási együttható mérési hibájának kapott értékei a kísérleti kutatáshoz megengedett határokon belül vannak, az eredmények megbízhatónak és pontosnak tekinthetők.
hőátadás a FLUIDÁGY és az ágyba merített felületek között
a fluidágyban a hőátadás leggyakrabban használt módja a fluidágy és a különböző formájú és méretű merített felületek közötti hőátadás (Botterill, 1975).
a hőátadási együttható értéke növekszik, ha a gáz sebessége nagyobb, mint a minimális Fluidizációs sebesség. Eléri a maximális gázsebességet, amelyet a fluidizáció optimális sebességének neveznek. Ezután csökken a sebesség növekedésével.
általánosan elfogadott, hogy a felszíni – ágy konvektív hőátadási együttható három adalékanyag-összetevőből állónak tekinthető:
ahol hpc, hgc, hb a részecske konvektív, a gáz konvektív és a buborék hőátadási együtthatók, és (1-fo) az emulziós fázis érintkezési ideje a hőátadó felülettel (Chen et al., 2005).
a részecskecsomag érintkezési ideje a felülettel a ~ függ mind a buborékok érintkezési idejétől az fo felülettel, mind a buborékok tranzitjának gyakoriságától a felület figyelembe vett pontján
ahol A az együttható, amelyet a következőképpen határozunk meg:
az Rk és az Rc in (10) a részecskecsomag hőátadással szembeni ellenállása és a gázfólia érintkezési hőállósága. Hamidipour et al. (2005) kísérletileg megvizsgálta a részecske-fal érintkezést, és megállapította, hogy a részecske-fal érintkezési ideje a homokrészecskék ágyában csökken a gázsebesség növekedésével a fluidizáció buborékos rendszerében.
a hőátadás teljes együtthatójának legnagyobb része a részecske konvektív hőátadási együttható (Botterill, 1975, Baskakov et al, 1978):
láttuk, hogy a részecskeméretnek fontos hatása van mind a maximális hőátadási együttható értékére, mind pedig bizonyos mechanizmusok overális hőátadásra gyakorolt hatásának változására. Emiatt a részecskeméretnek a fluidágyban történő hőátadásra gyakorolt hatása a kísérleti kutatás leggyakoribb célja. A kísérleti eredmények (Wang et al., 2004) mutatják, hogy kis részecskék esetében dp<0.8 mm, a részecskék termofizikai tulajdonságainak a hőátadási együtthatóra gyakorolt hatása a részecskeátmérő csökkenésével válik fontossá.
kísérleti berendezés
kísérleti vizsgálat hőátadás konvekciós között egy merített cső és a fluidágy végeztük a laboratóriumi skála berendezés 600 mm magas, és a négyzet keresztmetszete méretek 160×160 mm.
a merített hőcserélő felület-egy elektromos fűtés-készült réz cső, a külső átmérője 16 mm és hossza 100 mm. Három hőelem van beépítve a külső felületre – az elülső oldalon, az oldalsó és a felső oldalon-a fűtőelem forgásának irányához viszonyítva a Fluidizációs légáramhoz. A fűtőelem a hordozóra 150×150 mm méretű keretben van rögzítve (4.ábra). A keret elforgatható a vízszintes tengely körül, 100 mm-rel az elosztó felett, lehetővé téve a fűtőelem dőlésének megváltoztatását.
annak érdekében, hogy minden Fluidizációs sebességnél azonos munkakörülményeket kapjunk, megváltoztattuk a fűtőelem dőlését, és minden szögben megmértük a fűtőfelület és az ágy hőmérsékletét. Egy meghatározott Fluidizációs sebességnél a fűtőelem dőlésszögét fokozatosan, 10 db-os lépésekben változtattuk a függőleges helyzetből (0 db-os szög) a vízszintes helyzetbe (90 db-os szög). Minden dőlésszög esetében a méréseket az álló állapot elérése után helyreállítottuk. Az eljárást megismételtük minden új Fluidizációs sebességre és mindhárom részecskeméretre: 0,3, 0,5 és 0,9 mm. a stagnáló ágymagasság 160 mm volt.
eredmények és vita következtetések
a fluidágy és a merített ferde cserefelületek közötti hőátadási együttható átlagértékeinek meghatározása feltételezi a meghatározott helyi hőátadási együtthatókat (Baskakov et al., 1973), amelynek eloszlása a felület mentén nagyon egyenetlen, a különböző aerodinamikai körülmények miatt.
a fűtőelem felülete és a fluidágy közötti helyi hőátadási együttható mérését a teljes fűtőelem hőátadási együtthatójának középértékének meghatározása céljából végeztük. A henger körüli áramlás szimmetriája miatt a hőátadási együttható átlagértékét a helyi hőátadási együtthatók számtani középértékeként határozzuk meg:
annak érdekében, hogy megvizsgáljuk a homok részecskeméretének a fluidágy és a merített felület közötti hőcserére gyakorolt hatását egy ferde fűtőberendezésnél, vizsgálatokat végeztünk 0,3, 0,5 és 0,9 mm részecskeátmérőkkel.
a hőátadási együttható változásának tendenciája a Fluidizációs sebesség növekedésével hasonló a kisebb és nagyobb részecskék esetében – 5., 6. és 7. ábra (Baskakov et al., 1978), bár ez a hatás kevésbé jelentős a nagyobb részecskék esetében, mert miután elérte a 2-es Fluidizációs sebességet.5, a levegő sebessége jelentéktelen mértékben befolyásolja a hőátadási együttható eloszlását.
annak érdekében, hogy a részecskeméret és a Fluidizációs sebességnek a fluidágy és a ferde felület közötti hőcserére gyakorolt hatását jobban elemezzük, a 8.ábra a relatív hőátadási együttható (h*=H/H) függését mutatja az 1-3 Fluidizációs sebességek dőlésszögétől.
az ábra egyértelműen aláhúzza a hőátadási együttható változásának tendenciáját, hogy változatlan maradjon, függetlenül a részecske átmérőjétől, de a részecske átmérőjének növekedésével a fűtőelem dőlésének hatása csökken. Így a fűtőelem függőleges és vízszintes helyzetében a relatív hőátadási együttható értékeinek különbsége 0,3 mm részecskeátmérőre 24% – ról 10% – ra csökken; 0,5 mm-es részecskeátmérőre 23% – ról 10% – ra, részecskeátmérőre 0,9 mm-re 20% – ról 8% – ra, a Fluidizációs sebesség n=1-ről N=3-ra történő növekedésével,.
következtetések
a fluidágyban eddig elvégzett hővezetési együtthatók kísérleti és elméleti kutatásainak eredményei, valamint saját kísérleti kutatásaink eredményei alapján megerősítést nyert, hogy a fluidágy nagyon jó hővezető képességgel rendelkezik, ami lehetővé teszi annak alkalmazását számos ipari hőcserélő folyamatban.
a kísérleti kutatások eredményei azt mutatták, hogy a hővezetési együtthatók a fluidágy hidrodinamikai szerkezetétől függenek. Bár a hővezetési együtthatók változása axiális és radiális irányban különbözik, általában a Fluidizációs sebességtől és a részecskék méretétől függ.
a homok összes kezelt frakciója esetében a fluidágy hővezetési együtthatójának tengelyirányú értékei 450-3100 W/mK-n belül voltak, ami az összes mérés során elért maximális értéket is jelenti. Ugyanezen együtthatók radiális irányban kapott értékei 19-110 W/mK-n belül vannak, ami kielégítő szintű egyetértést biztosít más szerzők eredményeivel.
a fluidágyon keresztüli hővezető képesség elemzésének bonyolultsága ellenére a kapott eredmények reális képet adnak, amely felhasználható a fluidágy hővezetési folyamatának minden jövőbeli elméleti és kísérleti kutatásában.
a kísérleti vizsgálatok eredményei megerősítik a hőcsere intenzitásának közvetlen függését a fluidágy aerodinamikai körülményeitől. Nyilvánvaló, hogy a hőcserélő felületek buborékokkal és részecskecsomagokkal való érintkezésének gyakorisága és időtartama a részecskemérettől, a Fluidizációs sebességtől és a hőcserélő felület dőlésszögétől függ.
a hőátadási együttható változásának tendenciája változatlan marad, függetlenül a részecske átmérőjétől. A fűtőelem dőlésének hatása azonban a részecske átmérőjének növekedésével csökken. Tehát arra a következtetésre juthatunk, hogy a részecskeméretnek a ferde felületek hőátadási együtthatójára gyakorolt hatása elhanyagolható.
azt a következtetést is levonhatjuk, hogy a cserefelület-dőlésnek a fluidágy és a merített felületek közötti hőátadásra gyakorolt hatása a Fluidizációs sebesség növekedésével csökken.
nómenklatúra
|
szimbólumok |
||||
|
a |
termikus diffúziós együttható | m2 / s | ||
| Ar |
Arkhimédész száma |
|||
| cp | szilárd anyagok fajlagos hőkapacitása | J / kg K | ||
| Ds |
szilárd diffúzió |
m2 / s | ||
| fo | a buborékok érintkezésének ideje a felülettel | |||
| H |
entalphy |
kJ / kg | ||
| dp | részecskeátmérő | a | ||
| h1 | helyi hőátadási együttható az elülső oldalon | W / m2K | ||
| h2 | helyi hőátadási együttható az oldalsó oldalon | tömeg / 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 együttható | W / m2K | ||
| h * =H xhamsterv / h xhamsterv | relatív hőátadási együttható | |||
| N | a Fluidizációs sebesség | |||
| Rc | a gázfólia érintkezési hőállósága | |||
| Rk | a részecskecsomag hőátadásának ellenállása | |||
|
Subscripts |
||||
| a | axial | |||
| mf | minimum fluidization | |||
| p | particle | |||
| r | radial | |||
|
görög Betűk |
||||
| λ | termikus conductivitycoefficient | W/m K | ||
| ε | porozitás fluidized ágy | |||
| pp | a homok sűrűsége | kg/m3 | ||
| ρν | ömlesztett homok sűrűsége | kg/m3 | ||
| φ | fűtés dőlés szög | º | ||
| τ | kapcsolat a részecske csomag a felszín | s | ||
Baskakov A. P., Berg B. V., Vitt O. K., Filippov N. F., Kirakosy V. A., Goldobin J. M., Maskaev V. K., hőátadást tárgyak elmerül fluidized ágy, Por Technológia, 8, 273-282 (1973).
Baskakov, A. P., Bertg, B. V., Rizkov, A. F., Filippovkij, N. F., Processii teplo i massoperenosa kontra kipjascem sloje, Metalurgija, Moszkva, 144-151. o., (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, Moszkva, 75-85. o., (1966).
Botterill, J. S. M., Fluid-bed Heat Transfer, Academic Press, London (1975).
Xhamatipovi, M. N., hőátadás vízszintes csövekbe Fluidágyakban: Experiment and Theory, Ph.D. tézis, Oregon State University, Corvallis, OR (1979).
Chen, J. C., Grace, J. R., Golriz, M. R., hőátadás fluidizált ágyakban: tervezési módszerek, por technológia, 150, 123-132 (2005).
Davidson, JF, Harrison, D., Fluidizált Részecskék, Cambrige University Press, Cambridge (1963).
Geljperin N. I., Osnovi tehniki psevdoozizenie, Moszkva, 184 (1967).
Groenewold, H., Tsotsas, E., szárítás fluidágyban merített fűtőelemekkel, Vegyészmérnöki tudomány 62 (2007).
Hamidipour M., Mostoufi N., Sotudeh-Gharebagh R., Chaouki J., A részecskefal érintkezésének figyelemmel kísérése gáz fluidágyban RPT, Powder Technology 153, 119-126 (2005).
Huilin, L, Yunhua Z., Ding J., Gidspow D. és Wei L., A keverékrészecskék keverésének/szegregációjának vizsgálata gáz-szilárd fluidágyakban, ChemicalEngineering Science, vol. 62, (2007).
Jovanovic, G. N., Catipovic N. M., Fitzgerald T. J. és Levenspiel O., Fluidizáció (J. R. Grace, J. M. Matsen, Szerk.), Plenum, New York, 325-332 (1990).
Kunii, D., Levenspiel Ons., Fluidizációs Technika, 13, Wiley, New York (1969).
Martin, H., Hőátadás a szilárd részecskék gáz fluidizált ágyai és a merített hőátadó hőcserélő elemek felülete között, I. rész Vegyészmérnöki és feldolgozó, 18, 157-169 (1984).
Massoudi, M., Phuoc TX, vezetés és disszipáció a nem newtoni folyadékként modellezett szemcsés anyagok nyírási áramlásában, Powder Technology, 175, 146-162 (2007).
Nauman, E. B., tartózkodási idő eloszlása a diszperziós egyenlet által szabályozott rendszerekben, Vegyészmérnöki tudomány, 36(6), 957-966 (1981).
Peters, K., Orlichek A., Schmidt A., W! n … n.n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. n. Ing. Tech., 25 (6), 313-316 (1953).
Schlunder, EU, Waermeubergang an bewegte kugelschutt ungen bei kurzfristigem kontact, Vegyészmérnöki technológia 43, 651-654, (1971).
Srinivasakannan, C. és Balasubramanian, N., a szilárd anyagok szakaszos fluidágyas szárításának egyszerűsített megközelítése, Brazil Journal of Chemical Engineering, 19 (3), 293-298 (2002).
Wang L., Wu P., Zhang Y. P., Yang J., Tong L. G., Ni X. Z., A szilárd részecskék tulajdonságainak hatása a magas hőmérsékletű gáz fluidizált ágy és a merített felület közötti hőátadásra, Applied Thermal Engineering, 24, 2145-2156 (2004).
Zarghami R., Mostoufi N., Sotudeh-Gharebagha R., Chaouki J., a részecskefal érintkezési idejének elemzése és modellezése gázfolyadékos ágyakban, Vegyészmérnöki tudomány, 62, 4573-4578 (2007),