DINÂMICA de FLUIDOS; CALOR E TRANSFERÊNCIA de MASSA; E OUTROS TÓPICOS
investigação Experimental da condutividade térmica e coeficiente de troca de calor entre o leito fluidizado e inclinado superfície de troca de
B. StojanovicI,*; J. JanevskiII; M. StojiljkovicIII
IFaculty de Engenharia Mecânica, Universidade de Nis, na Sérvia, Aleksandra Medevedeva 14, 18000 Nis, na Sérvia. E-mail: [email protected]
IIFaculty of Mechanical Engineering, University of Nis, Sérvia, Aleksandra Medevedeva 14, 18000 Nis, Sérvia. E-mail: [email protected]
IIIFaculty of Mechanical Engineering, University of Nis, Sérvia, Aleksandra Medevedeva 14, 18000 Nis, Sérvia. E-mail: [email protected]
ABSTRACT
The paper presents experimental research of thermal conductivity coefficients of the silicious sand bed fluidized by air and an experimental investigation of the particle size influence on the heat transfer coefficient between fluidized bed and inclined exchange surfaces. As medições foram realizadas para a velocidade de fluidização específica e diâmetros de partículas de areia dp = 0,3, 0,5, 0,9 mm.o uso industrial de leitos fluidizados tem aumentado rapidamente nos últimos 20 anos devido às suas características úteis. Uma das características marcantes de uma cama fluidizada é que ela tende a manter uma temperatura uniforme, mesmo com liberação de calor não uniforme. Com base em pesquisas experimentais, foi analisada a influência dos parâmetros operacionais do processo nos valores obtidos da condutividade térmica da cama. Os resultados mostram dependência direta da condutividade térmica da intensidade da mistura, o grau de fluidização e o tamanho das partículas. Na direção axial, os coeficientes que foram tratados têm valores de ordem inteira mais elevados do que na direção radial. A comparação dos resultados da pesquisa experimental com os resultados experimentais de outros autores mostra boa concordância e a mesma tendência de mudança de condutividade térmica. É bem conhecido na literatura que o valor do coeficiente de transferência de calor é o mais alto na horizontal e o menor na posição vertical da superfície de troca de calor. A variação da transferência de calor, dependendo do ângulo de inclinação, não é examinada em detalhe. A diferença entre os valores do coeficiente de transferência de calor relativo entre a posição vertical e horizontal do aquecedor para todos os tamanhos de partículas reduz-se em aproximadamente 15% com o aumento da taxa de fluidização.
palavras-chave: leito fluidizado; transferência de calor; superfície; condutividade térmica das partículas; areia siliciosa; experiência.
introdução
desde o seu aparecimento, o fenómeno da fluidização tem atraído a atenção de numerosos investigadores. A sua aplicação em numerosas operações tecnológicas decorre das suas excelentes propriedades, que se reflectem na: mistura intensiva de partículas sólidas, uma elevada superfície de contacto entre gases e partículas sólidas, uma temperatura quase constante em toda a cama, bem como uma simples inserção e remoção do material da cama. Nas últimas décadas, numerosos trabalhos e estudos sobre o processo de fluidização e sua aplicação foram publicados, a maioria dos quais baseados em pesquisas experimentais. O campo da condução de calor tem sido de grande interesse para os pesquisadores, uma vez que o leito fluidizado é caracterizado por alta condutividade térmica. No entanto, apesar de um grande número de artigos que lidam com este problema (Massoudi e Phouc, 2007), as conclusões dos seus autores são altamente díspares, por vezes mesmo contraditórias. As razões para esta dispersão dos resultados residem nas diferentes condições em que estas experiências são realizadas. Estes fatos motivaram pesquisas experimentais com o objetivo principal de determinar coeficientes de condutividade térmica do leito fluidizado para partículas de areia siliciosa de diferentes frações. Com base nos valores obtidos do coeficiente de transferência de calor, pode-se concluir que a tendência de mudança do coeficiente de transferência de calor permanece a mesma, independente do tamanho das partículas. A tendência de mudança do coeficiente de transferência de calor com o aumento da taxa de fluidização é menos significativa para partículas maiores. A influência dos parâmetros mais importantes nos valores dos coeficientes de condutividade térmica do leito fluidizado foi analisada através dos resultados experimentais obtidos.
devido ao contacto muito eficiente entre gás e partículas, i.e., cama fluidizada e superfícies imersas de troca de calor ou paredes, camas fluidizadas têm troca de calor muito intenso. A transferência de calor entre a cama fluidizada e as superfícies imersas na cama é uma função das características dinâmicas da cama (Martin, 1984), a maior parte do movimento de bolhas e intensidade de mistura de partículas. No entanto, é evidente que a velocidade de fluidização e o tamanho das partículas são os fatores mais influentes na quantidade de calor trocado entre superfícies.
Também, fatores-chave na transferência de calor entre um imerso superfície e de leito fluidizado são o movimento de partículas na vizinhança da superfície de transferência de calor, do tempo de contato com a superfície e a concentração de partículas na parede (Zarghami et al., 2007). O movimento do gás e das partículas acima, sobre e sobre o lado lateral das superfícies de troca é específico, de modo que as mudanças nessas zonas são principalmente investigadas na literatura.
a complexidade do problema e a maioria dos fatores de influência, que são difíceis de incluir em equações, fazem com que a determinação experimental do coeficiente de transferência de calor seja aceite.
condutividade térmica do leito fluidizado
uma vez que a capacidade térmica específica das partículas sólidas é volumetricamente mais elevada do que a capacidade térmica específica dos gases por várias ordens, as partículas em movimento são suportes de calor básicos no leito. Neste caso, a equação de Fourier comum pode ser usada para descrever o processo de propagação do calor na cama fluidizada, onde o coeficiente de difusividade térmica reflete a intensidade da mistura de material na cama. Seu valor pode ser medido por um método modificado da fonte de calor instantâneo, cuja essência é a seguinte: um forte impulso térmico instantâneo é criado no leito fluidizado, derramando rapidamente uma pequena porção de partículas previamente aquecidas desse mesmo material para ele. O momento de alcançar a máxima temperatura tmax, a uma certa distância da fonte de calor está registrado de acordo com a equação (Geljperin, 1967):
onde n=3, 2, 1, dependendo se a fonte de calor é um ponto, uma linha ou uma superfície. O movimento das bolhas permite a mistura de partículas na fase de emulsão, tanto na direcção da altura do leito, como na direcção radial, através da qual uma certa quantidade de partículas passa por qualquer intersecção observada do leito. Uma vez que as partículas no leito não-isotérmico diferem no que diz respeito ao valor da entalpia, um fluxo resultante de partículas mais quentes aparecerá se a sua concentração for maior num dos lados da intersecção observada. Pressupondo-se que a concentração de aquecedor de partículas por unidade de volume mudanças na direção do fluxo de partículas, apenas, a sua resultante do fluxo térmico por unidade de superfície pode ser expressa como:
Se a seguinte expressão para a entalpia é introduzido na expressão (2):
obtemos:
onde λ é o coeficiente de condutividade térmica do leito fluidizado, que é definido como:
Para a determinação do coeficiente de condutividade térmica na direção axial, Borodulja e colaboradores (1966) usou um tubo de vidro, comprimento de 1 m, diâmetro de 80mm. Na superfície superior da cama, um instantâneo da superfície da fonte de calor foi criada por vazamento de uma pequena parte (5% a 7% em volume) de partículas aquecidas em um forno até uma temperatura de 100-700ºC. O tempo de vazamento de partículas foi inferior a 0,5 s. Para medir a temperatura da cama, foram utilizados dois termopares; um deles foi colocado no Distribuidor, o outro a metade da altura da cama. As medições foram realizadas com várias frações monodispersas e polidispersíveis de diferentes tipos de material para diferentes alturas do leito estagnado. O processamento de dados experimentais mostrou que o coeficiente de difusividade térmica na direção axial pode ser descrito pela seguinte equação::
Determinação do coeficiente de condutividade térmica na direção radial é realizada em uma tubulação com diâmetro de 175mm. Um instantâneo lugar da fonte de calor foi obtido através de uma rápida despejando uma pequena porção de areia quente partículas ao longo do eixo do aparelho através de um tubo de vidro com diâmetro de 25mm. Para medição de temperatura, um termopar foi colocado no auge do derramamento de partículas no tubo, a uma distância de 60-70mm de seu eixo.
a pesquisa mostrou que há uma mistura altamente intensiva de material na cama fluidizada na direção axial. O coeficiente de condutividade térmica Axial estava dentro de λa=(1100-6000) W/M. K. Por outro lado, a mistura de material na direção radial era relativamente pequena. Os valores dos coeficientes de condutividade térmica radial foram: λr=(50150) W/M. K.
em seu artigo publicado, Peters et al. (1953) tentou calcular o coeficiente de condutividade térmica determinando o perfil de temperatura na cama fluidizada. O aparelho tinha a forma de um paralelepípedo, Largura 65mm, comprimento 450mm, altura 480mm, que não estava completamente cheio de areia (dekv=0.23 mm). Como fonte de calor, eles usaram um aquecedor elétrico constituído por uma espiral de fio, que fornecia calor uniformemente ao longo da seção transversal da cama. O isolamento térmico do navio impediu que a perda térmica através da parede fosse superior a 7%. Calculados os valores numéricos da condutividade térmica na direção axial estavam dentro 1163-1977 W/m.K, enquanto que na direção radial, eles foram da ordem de 12002000 W/m.K. Peters et al. (1953) afirmam que esses valores são significativamente aumentados e que são praticamente impossíveis de obter com base nessas condições experimentais.
a investigação sobre A condutividade térmica do leito fluidizado mostra a existência de dispersão de resultados obtidos por vários autores (Kunii e Levenspiel, 1976), uma vez que mostram complexas, a dependência da condutividade térmica coeficientes de vários factores. Portanto, é muito difícil dar qualquer aproximação dos resultados obtidos por alguma dependência empírica global. Para os cálculos práticos, é muito mais fiável tomar valores absolutos do coeficiente λ num dado momento.
MÉTODO EXPERIMENTAL
O objetivo da pesquisa experimental em leito fluidizado neste trabalho é a determinação dos coeficientes de condutividade térmica, dependendo de características operacionais do leito fluidizado: velocidade de fluidização taxa e o tamanho das partículas. A pesquisa Experimental foi realizada em um aparelho de laboratório (Figura 1). O aparelho consiste numa peça de medida, acima da qual existe um tubo para o fornecimento de areia aquecida no leito, um dispositivo para o fornecimento de ar, e um dispositivo para medição, regulação e registo do processo. Foi dada especial atenção à construção do dispositivo para o fornecimento de areia aquecida na cama. O Material, previamente aquecido a uma temperatura de 250 a 350ºC, foi inserido instantaneamente na cama fluidizada através de um vazamento rápido através do tubo com 45 mm de diâmetro na superfície da cama.
um ventilador do ambiente externo fornece o ar necessário para a fluidização. O fluxo de ar é medido por um aparelho padrão, enquanto uma válvula permite o fluxo desejado de ar. A fim de estabilizar o fluxo de ar, as seções na frente e atrás do aparelho são longas o suficiente. Uma câmara isolada por là de vidro ajuda a produzir uma distribuição uniforme do ar na intersecção da parte operacional do aparelho. Coloca-se um distribuidor à entrada da parte operacional do aparelho, enquanto se coloca acima uma extensão cónica, que impede a remoção de fracções menores. Termopares de cromel-alumel são usados para medir a temperatura. Um deles é colocado na saída da cama. Outra, para a determinação do coeficiente de difusividade térmica na direção axial, é colocada imediatamente acima do distribuidor (figura 1a), ou seja, para a determinação de ar na direção radial (figura 1b).
a fim de iniciar a determinação experimental do coeficiente de condutividade térmica, certas medições foram realizadas. Areia siliciosa com frações diferentes foi usada como material para fluidização. Após a peneiração em peneiras padrão, separaram-se fracções de areia siliciosa com um diâmetro de partículas médio de 0,3 mm, 0,5 mm e 0,9 mm (Quadro 1). Foram determinadas as seguintes características para cada fracção::
■ densidade real da areia pp,
■ densidade global da areia pn,
■ diâmetro de partículas equivalente dp,
■ porosidade a uma taxa de fluidização mínima emf,
■ taxa de fluidização mínima Umf.
A velocidade mínima de fluidização foi determinado experimentalmente e o seu valor coincide com o valor da equação (Srinivasakannan e Balasubramanian, 2002):
densidade de partículas foi determinada pelo derramar-se livremente de uma certa quantidade de areia em uma calibrado navio, enquanto a densidade real foi determinada por um picnometer. O valor da capacidade térmica específica foi retirado de Naumann (1981). Como já foi dito, para determinar o coeficiente de condutividade térmica na direção axial, dois termopares são colocados no eixo da cama estagnada, em que o primeiro foi colocado a 43,5 mm do distribuidor, e o segundo na superfície da cama. Ao ajustar o fluxo de ar, obtém-se a velocidade desejada do ar à temperatura de trabalho. A esta velocidade de trabalho do ar, com velocidade de fluidização mínima conhecida, a taxa de fluidização foi determinada. Neste estado estabelecido, uma porção já preparada de areia previamente aquecida é rapidamente inserida através do tubo fixo. Durante o movimento da areia quente inserida através da cama fluidizada, Os termopares mediram a temperatura na cama, com registro em um sistema de aquisição. Para uma taxa de fluidização definida, as temperaturas de camas separadas foram registradas cada 0.02 S. O que pode ser notado é que a temperatura na cama aumenta, devido ao movimento de partículas de areia quente. Ao mesmo tempo, lê-se o intervalo de tempo entre dois aumentos máximos de temperatura registados pelos termopares. Para uma distância conhecida entre os termopares e o tempo de leitura, o valor do coeficiente de difusividade térmica é calculado. Uma vez que a difusividade térmica é determinada na direção axial, assume-se que, na equação (1), o valor de n=1 (dosagem material superficial). Para uma certa taxa de fluidização e as condições existentes, a experiência foi repetida várias vezes. A velocidade do ar foi então aumentada e outro experimento foi realizado, para a mesma fração de areia, da forma descrita acima. Após a medição de uma determinada fracção, esvazia-se a parte operacional do aparelho, verte-se outra fracção e repete-se a mesma experiência.
os valores do coeficiente de condutividade térmica na direção radial foram determinados pelo mesmo procedimento que os valores de condutividade axial. Como foi descrito, a diferença está nas posições dos termopares, que estavam, neste caso, no mesmo plano (figura 1b), e com a dosagem do material de ponto (n=3).
resultados e discussão
para avaliação da intensidade da mistura na cama fluidizada, o coeficiente de condutividade térmica eficaz é autoritário. Tendo em conta a inter-relação entre a condutividade térmica e os coeficientes de difusividade térmica, A Figura 2 mostra a dependência dos valores médios do coeficiente de condutividade térmica da velocidade do agente de fluidização. Desde condutividade térmica e difusividade térmica, estão conectados através específico, capacidade térmica das partículas e a densidade do leito fluidizado, que depende diretamente da porosidade do leito, a forma em que o coeficiente de condutividade térmica alterações com a fluidização taxa é semelhante à maneira em que a difusividade térmica coeficiente de alterações, com a taxa de fluidização. O valor máximo da condutividade térmica, que ocorre a uma taxa de fluidização de aproximadamente N = 2.5, mais uma vez aponta para o fato de que, a essa velocidade do agente de fluidização, a mistura de partículas provoca contatos mais intensos e colisões de partículas sólidas (Huilin et al., 2007). A ocorrência do máximo também pode ser explicada por uma diminuição na densidade da cama fluidizada e um aumento na sua porosidade com o aumento da velocidade do gás, o que pode causar características diferentes da mudança do coeficiente de condutividade térmica.
geralmente, os valores obtidos do coeficiente de difusividade térmica na direção radial são menores por uma ordem inteira (Figura 3). Em contraste com o coeficiente de condutividade na direção axial, neste caso o que pode ser observado para todos os diâmetros equivalentes médios é a ocorrência do máximo do coeficiente de condutividade térmica na direção radial a uma taxa de fluidização N=2.5. De acordo com numerosos pesquisadores, a concentração local de partículas influencia a transferência de calor no sentido de sua intensificação quando a distribuição anular de partículas através da seção transversal da coluna (com um núcleo sólido no centro, uma cama rarefeita em torno do núcleo, e um anel denso ao lado da parede) se deteriora. Ao mesmo tempo, a mistura de partículas e a frequência de suas colisões mútuas aumenta, o que aumenta a difusão mais intensa do calor. Certas flutuações dos valores de difusividade térmica podem ser observadas nos diagramas de dependência do coeficiente de difusividade térmica da taxa de fluidização. A causa destas flutuações pode ser a chegada sucessiva de pacotes de partículas aquecidos diferentemente nos locais de observação e, por vezes, bolhas que passam através da cama. Quando as bolhas passam pela cama, em algum momento, um dos dois termopares pode estar dentro de uma bolha, registrando assim a temperatura do ar dentro da bolha. Uma vez que a temperatura do ar dentro de uma bolha é maior do que a temperatura do ar e das partículas sólidas na fase de emulsão, um aumento da temperatura irá ocorrer naquele lugar naquele momento.
por meio de sua interação, todos os parâmetros hidrodinâmicos tratados influenciam de forma altamente complexa a transferência de calor global na cama fluidizada e, consequentemente, os coeficientes de condutividade térmica. A dominação de alguns deles ocorre apenas em um alcance limitado. Os resultados obtidos através dos experimentos apontam para o fato de que a porosidade da cama, i.e., concentração de partículas, embora um fator muito importante de transferência de calor no leito fluidizado, não é independente do fluxo de partículas, da velocidade relativa de partículas e gás, e mistura reversa.
Percentual de erro do instrumento de medição foi determinada com base nos valores obtidos:
■ distância entre os termopares – 1%
■ tempo de 0,4%
com Base nos valores acima, a percentagem média do erro quadrático dos instrumentos de medição foi de 1.077%, enquanto o erro de determinação da difusividade térmica coeficiente experimentalmente foi de 8,8%.
tendo em conta que os valores obtidos do erro de medição do coeficiente de transferência de calor estão nos limites permitidos para a investigação experimental, os resultados podem ser considerados confiáveis e precisos.
TRANSFERÊNCIA de CALOR ENTRE o LEITO FLUIDIZADO E SUPERFÍCIES IMERSAS NA CAMA
A mais comumente utilizada forma de transferência de calor em leito fluidizado é a transferência de calor entre o leito fluidizado e imerso superfícies de diferentes formas e tamanhos (Botterill, 1975).
o valor do coeficiente de transferência de calor aumenta quando a velocidade do gás é superior à velocidade mínima de fluidização. Atinge o seu máximo para a velocidade do gás conhecida como a velocidade ideal da fluidização. Depois disso, diminui com o aumento da velocidade.
é geralmente aceite que o coeficiente de transferência térmica superficial para cama pode ser considerado composto por três componentes aditivos.:
onde hpc, hgc, hb são as partículas de convecção, o gás convectiva e a bolha coeficientes de transferência de calor, e (1-fo) é o tempo de contato da fase de emulsão com a superfície de transferência de calor (Chen et al., 2005).
O tempo de contato das partículas de pacote com a superfície τ depende do tempo de contato das bolhas com a superfície fo e a frequência do trânsito das bolhas no considerado ponto na superfície
onde A é o coeficiente que é definido como:
Rk e Rc in (10) são a resistência à transferência de calor do pacote de partículas e a resistência térmica de contato de uma película de gás. Hamidipour et al. (2005) investigated particle-wall contact experimentally and found that the particle-wall contact time in a bed of sand particles decreases with increasing gas velocity in the bubbling regime of fluidization.
a maior parte do coeficiente total da transferência de calor é o coeficiente de transferência de calor convectivo de partículas (Botterill, 1975, Baskakov et al, 1978):
tem sido observado que o tamanho das partículas tem um efeito importante tanto sobre o valor do máximo coeficiente de transferência de calor e na mudança do efeito de certos mecanismos em toda a transferência de calor. Por esta razão, a influência do tamanho das partículas na transferência de calor na cama fluidizada é o objetivo mais comum da pesquisa experimental. The experimental results (Wang et al., 2004) mostra que, para pequenas partículas, dp< 0.8 mm, os efeitos das propriedades termofísicas das partículas sobre o coeficiente de transferência de calor tornam-se importantes com a diminuição do diâmetro das partículas.
instrumento EXPERIMENTAL
investigação Experimental de transferência de calor por convecção entre uma imerso tubo e o de leito fluidizado foi realizado em escala laboratorial de aparelhos de 600 mm de altura e a secção transversal quadrada de dimensões 160×160 mm.
imersos superfície de troca de calor -aquecimento eléctrico – é feito de tubo de cobre, de diâmetro externo de 16 mm e comprimento de 100 mm. Três termopares são incorporados na superfície exterior – no lado dianteiro, lateral e superior – em relação à direção da rotação do aquecedor para o fluxo de ar de fluidização. O aquecedor é fixado no suporte num quadro com dimensões de 150×150 mm (Figura 4). O quadro pode ser rodado em torno do eixo horizontal, 100 mm acima do distribuidor, permitindo a mudança da inclinação do aquecedor.
a fim de obter as mesmas condições de trabalho para cada velocidade de fluidização, a inclinação do aquecedor foi alterada e a temperatura da superfície do aquecedor e da cama foram medidas em cada ângulo. Para uma velocidade de fluidização definida, a inclinação do aquecedor foi alterada gradualmente em incrementos de 10º desde a posição vertical (ângulo de 0º) até à posição horizontal (ângulo de 90º). Para cada ângulo de inclinação, as medições foram restauradas após atingir o estado estacionário. O procedimento foi repetido para cada nova velocidade de fluidização e todos os três tamanhos de partículas: 0.3, 0.5 e 0.9 mm. A estagnação da altura de cama era de 160 mm.
RESULTADOS E DISCUSSÃO CONCLUSÕES
Definir os valores médios do coeficiente de transferência de calor entre o leito fluidizado e imerso inclinado exchange superfícies supõe local definido coeficientes de transferência de calor (Baskakov et al., 1973), cuja distribuição ao longo da superfície é muito desigual, devido às diferentes condições aerodinâmicas.
a medição do coeficiente de transferência de calor local entre a superfície do aquecedor e o leito fluidizado foi realizada a fim de definir o valor médio do coeficiente de transferência de calor para todo o aquecedor. Devido à simetria do fluxo em torno do cilindro, o valor médio do coeficiente de transferência de calor é definido como o valor médio aritmético dos coeficientes locais de transferência de calor:
a fim de analisar a influência de areia de tamanho de partículas na troca de calor entre o leito fluidizado e imerso superfície inclinada aquecedor, as investigações foram realizadas com partículas de diâmetros de 0,3, 0,5 e 0,9 mm.
A tendência do coeficiente de transferência de calor alterar com o aumento da taxa de fluidização é semelhante para menores e maiores de partículas – as Figuras 5, 6 e 7 (Baskakov et al., 1978), embora esta influência seja menos significativa para partículas maiores, porque depois de atingir uma taxa de fluidização de 2.5, a velocidade do ar influencia insignificantemente a distribuição do coeficiente de transferência de calor.
Em ordem para fazer uma melhor análise do tamanho das partículas e a taxa de fluidização influência na troca de calor entre o leito fluidizado e superfície inclinada, a Figura 8 mostra a dependência relativa, coeficiente de transferência de calor (h*=hφ/hº) no ângulo de inclinação para fluidização taxas de 1 a 3.
a figura sublinha claramente a tendência da mudança do coeficiente de transferência de calor para permanecer o mesmo, não importa o diâmetro da partícula, mas com o aumento do diâmetro da partícula, a influência da inclinação do aquecedor diminui. Assim, a diferença entre os valores do coeficiente de transferência de calor relativo na posição vertical e horizontal do aquecedor para o diâmetro de partículas de 0,3 mm diminui de 24% para 10%; para uma partícula de 0,5 mm de 23% para 10% e para a partícula de 0,9 mm de 20% para 8% com o aumento da taxa de fluidização de N=1 Para N=3,.
CONCLUSÕES
Sobre a base dos resultados experimentais e teóricos de investigação da condutividade térmica coeficientes em leito fluidizado que foram realizados até o momento, bem como sobre a base dos resultados de nossa própria pesquisa experimental, foi confirmado que o leito fluidizado tem muito boa condutividade térmica, o que possibilita a sua aplicação em inúmeros processos industriais de troca de calor.
os resultados obtidos em pesquisas experimentais demonstraram que os coeficientes de condutividade térmica dependem da estrutura hidrodinâmica do leito fluidizado. Embora a mudança nos coeficientes de condutividade térmica difere nas direções axial e radial, geralmente depende da taxa de fluidização e do tamanho das partículas.
para todas as fracções tratadas da areia, os valores do coeficiente de condutividade térmica do leito fluidizado na direcção axial estavam dentro de 450-3100 W/mK, o que também representa o valor máximo alcançado em todas as medições. Os valores obtidos desses mesmos coeficientes na direção radial estão dentro de 19-110 W / mK, o que proporciona um nível satisfatório de concordância com os resultados de outros autores.
Apesar da complexidade da análise de condutividade térmica através de leito fluidizado, os resultados obtidos fornecem uma imagem realista que pode ser usado em todas as futuras teórica e experimental de investigação sobre o processo de condução de calor em leito fluidizado.
os resultados da investigação experimental confirmam a dependência directa da intensidade de troca de calor nas condições aerodinâmicas do leito fluidizado. É evidente que a frequência e o período de contato das superfícies de troca de calor com bolhas e pacotes de partículas depende do tamanho das partículas, velocidade de fluidização e inclinação da superfície de troca de calor.
a tendência da mudança do coeficiente de transferência de calor permanece a mesma, independente do diâmetro da partícula. No entanto, a influência da inclinação do aquecedor diminui com o aumento do diâmetro das partículas. Assim, pode concluir-se que a influência do tamanho das partículas no coeficiente de transferência de calor para superfícies inclinadas pode ser negligenciada.
pode também concluir-se que a influência da inclinação da superfície de troca na transferência de calor entre o leito fluidizado e as superfícies imersas diminui com o aumento da taxa de fluidização.
NOMENCLATURA
|
Símbolos |
||||
|
um |
difusividade térmica coeficiente de | m2/s | ||
| Ar |
Arquimedes número |
|||
| cp | específico, capacidade térmica de sólidos | J/kg K | ||
| Ds |
sólida difusividade |
m2/s | ||
| fo | o tempo de contato das bolhas com a superfície | |||
| H |
entalphy |
kJ/kg | ||
| dp | partículas de diâmetro | m | ||
| h1 | local coeficiente de transferência de calor no lado da frente | W/m2K | ||
| h2 | local coeficiente de transferência de calor no lado lateral | 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 transferência de calor | |||
| N | a taxa de fluidização | |||
| Rc | contactar a resistência térmica de um gás filme | |||
| Rk | a resistência à transferência de calor da partícula pacote | |||
|
Subscripts |
||||
| a | axial | |||
| mf | minimum fluidization | |||
| p | particle | |||
| r | radial | |||
|
Letras gregas |
||||
| λ | térmica conductivitycoefficient | W/m K | ||
| ε | a porosidade do leito fluidizado | |||
| pp | areia de densidade | kg/m3 | ||
| ρν | massa de areia de densidade | kg/m3 | ||
| φ | aquecedor de ângulo de inclinação | º | ||
| τ | tempo de contato das partículas de pacote com a superfície | s | ||
Baskakov A. P., Berg B. V., Vitt O. K., Filippov N. F., Kirakosy V. A., Goldobin J. M., Maskaev V. K., transferência de Calor para objetos imersos em fluidizado camas, Pó de Tecnologia, 8, 273-282 (1973). Baskakov, A. P., Bertg, B. V., Rizkov, A. F., Filippovkij, N. F., Processii teplo I massoperenosa / kipjascem sloje, Metalurgija, Moskva, 1978, pp. 144-151.
Borodulja, V. A., Zabrodskij, S. S., Mico, A. I., Judickij, V. I., Isledovanie gidrodinamiki eu 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., Heat transfer to Horizontal Tubes in Fluidized Beds: Experiment and Theory, Ph. D. Thesis, Oregon State University, Corvallis, OR (1979).
Chen, J. C., Grace, J. R., Golriz, M. R., Heat transfer in fluidized beds: design methods, Powder Technology, 150, 123-132 (2005).
Davidson, J. F., Harrison, D., Fluidized Particles, Cambrige University Press, Cambridge (1963).
Geljperin N. I., Osnovi tehniki psevdoozizenie, Moskva, 184 (1967).
Groenewold, H., Tsotsas, E., Drying in fluidized bed with immersed heating elements, Chemical Engineering Science 62 (2007). Hamidipour M., Mostoufi N., Sotudeh-Gharebagh R., Chaouki J., Monitoring the particle-wall contact in a gas fluidized bed by RPT, Powder Technology 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 beds, Chemicalenginering Science, vol. 62, (2007).
Jovanovic, G. N., Catipovic N. M., Fitzgerald T. J. and Levenspiel O., Fluidization (J. R. Grace, J. M. Matsen, eds.), Plenum, New York, pp. 325-332 (1990).
Kunii, D., Levenspiel О., Fluidization Engineering, 13, Wiley, New York (1969). Martin, H., Heat transfer between gas fluidized beds of solid particles and the surface of immersed heat transfer exchanger elements, Part I. Chemical Engineering and Processing, 18, 157-169 (1984).
Massoudi, M., Phuoc T. X., Conduction and disseptation in the shearing flow of granular materials modeled as non-Newtonian fluids, Powder Technology, 175, 146-162 (2007).
Nauman, E. B., Residence time distributions in systems governed by the dispersion-equation, Chemical Engineering Science, 36(6), 957-966 (1981). Peters, K., Orlichek A., Schmidt A., Wärmetransportfähigkeiten von wirbelschichten, Chem. CAO. Tecnologia., 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. and Balasubramanian, N., A simplified approach to the drying of solids in a batch fluidized bed, Brazilian Journal of Chemical Engineering, 19 (3), 293-298 (2002). Wang L., Wu P., Zhang Y. P., Yang J., Tong L. G., Ni X. Z., Effects of solid particle properties on heat transfer between high-temperature gas fluidized bed and immersed surface, Applied Thermal Engineering, 24, 2145-2156 (2004). Zarghami R., Mostoufi N., Sotudeh-Gharebagha R., Chaouki J., Analysis and modeling of particle-wall contact time in gas fluidized beds, Chemical Engineering Science, 62, 4573-4578 (2007),