1598005868-03648c969f647e9d2289db563a03b78d (811236), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Расчеты показывают, что Хга горящего слоя может существенно (почти на порядок) отличаться от Х„холодного слоя. Выяснить отдельно влияние температурных условий и изменения фракционного состава и структуры слоя во время горячих опытов весьма трудно.
Однако известны опыты по исследованию гидродинамнки растворяющейся засыпки (из кусковой соли). На такой модели удалось добиться приближенного подобия процессу выгорания. Опыты на растворяющихся засыпках показали, что за счет уменьшения размеров частиц коэффициент сопротивления меняется в 1,55 — 1,8 раза (рис. 2-26). Таким образом, из опытных данных следует, что главной причиной резкого роста сопротивления горящего слоя является его неизотермичность, приводящая к сильному изменению физических констант потока. 2-Ь.
АЗРОДИИАМИКА КИПЯЩЕГО СЛОЯ В последние годы в энергетике и ряде технологических процессов все большее внимание уделяется разработке и освоению аппаратов с кипящим слоем. При увеличении расхода газа сквозь слой, как показано выше, его аэродинамическое сопротивление растет по квадратичному закону и при достижении определенного соотношения между суммой статического и динамического давления со стороны потока на слой и весом слоя фракциоиироваивой засыпки частицы слоя начинают терять свою устойчивость и начинается беспорядочное движение частиц иад поверхностью решетки. Слой переходит из устойчивого состояния неподвижной засыпки в псевдоожижениое (кипящее) состояние. Условием потери устойчивости и перехода в псевдоожиженное состояние является уразновешивание веса зерен давлением восходящего потока 4> Рааса = > лз (2-!7) Зч где чьь — насыпная плотность слоя.
казанное условие справедливо для сравнительно монофракциоиных засыпок. При значительной полидисперсности материала. когда бчьч~(бчча =10 †: 20 и более, до начала закипания слоя отмечается интенсивное движение мелких частиц в промежутках между практически неподвижными крупными кусками.
Т чой режим движения обычно называют суффозией, т. е вынос мелочи между малоподвижными крупными кусками. В силу этого создание топочных устройств с кипящим слоем на обычном полифракциоииом топливе затруднено из-за повышенного уноса недогоревших частиц слоя топлива. При ограничении полидисиерсности топливного материала, в частности ПРН б „,!Очач(10, ОбЫЧНО удаЕтея ПрвдОтзратнтЬ СуффОЭИЮ И СЛОЙ ВСКН- пает практически однородно, без выдування мелочи.
При рассмотрении аэродинамики (гидродинамикн) кипящего слоя обычно выделяют два класса задач. Все явления взаимодействия потока со слоем в целом (вскипаиие, пределы существования кипящего слоя н т. п.) обычно относят к внешней аэродянамике (гидродинамике). Явления нестациоварного движения твердой фазы, режимы ее движения и перемешивання, механизм пеРеноса импульса и массы обычно относят к внутренней гидродинамике слоя. шк шк и„ шб Рис. 2-27. Изменение сопротивления слоя в зависимости от скорости потока: а — прн выходе на режим кипения без учета факторов, усиливающих сцепление частиц у — неннне зерна; у — нрунные зерна б — прн переходе от неподвижного слов к закнпанию (о) н дальнейшем увеличении скорости до ыз (4) б — оератныа хох нрнзоа от ннненна к уетоаеннону злою Рассмотрим главные закономерности, относящиеся к внешней аэродинамике кяпящего слоя.
Интегрирование уравнения (2-17) приводит нас к условию псевдоожнжеиия слоя монофракцвоиного матеряала Нзйр = Резей где Не — начальная высота засыпки, Ьр — потеря ыапора фильтрующего газа по всей высоте засыпки (за вычетом сопротивления газораспределительной решетки). Указанному перепаду давления Ьр соответствует некоторая средняя расходная скорость в=шар, при которой начиыается потеря устойчивости слоя и которую называют критической скоростью: бнр и брему где Унр — иритнческий объемный расход газа сквозь слой; Я вЂ” площадь поперечного сечения слоя материала; екнр — критический массовый расход газа; Ре — плотность газа.
После закипания слоя Ьр перестает завясеть от расходной скорости, т. е. увеанченяе скорости не сопровонгдается ростом Ьр (рис. 2-27). Критическая скорость зависит от крупности зерен материала. Для больших вереи харак. терно большее значение шнр. Иытересно, что изменение Ьр 7(ш) для мелких частиц близко к линейному (кривая !), а для крупвозернистого материала до закипания отметим квадратячную аависимость (кривая 2). Слой зернкстого материала характеризуется следующими параметрами: средней порозностью т; удельной поверхностью материала а=аз(! — т); 4т 4т эквивалентным гидравлическим диаметром слоя бзн а ао (1 — т) истинной скоростью потока жидкости или газа в промежутках между зернами ве=э/т.
Следует заметить, что в реальных слоевых засыпках существуют различные факторы. усиливающие сцепление частяц в слое (влажность, статическое злектричество и т. п.). Это приводит к тому, что даже в моыофракционных засыпках частвцы могут образовывать более крупные агрегатыые объединения, что несколько сдвигает заияпание засыпкы н приводят на реальных завяснмостях Ьр 7(ш] к всплеску перепада давления перед закнпаняем (кривая о яа рнс. 2-27). Повторные переходы слоя в устойчивое состояние или обратно в кипящее обычно сопровождаются гораздо меньшими всплесками ЬР или вообще происходят без нях.
С учетом реальных характеристик слоя условие устойчивости слоя а потоке с плотностью рг можно представать в виде = (Рч — Рг) М (1 — ич) Ар Н (2-18) Вводят понятие зквивалентйого критерия Рейиольдса для слоя югб»»» 40 Ке,„» = яраЗ (2-19) Другим обобщающим критерием является критерий Архимеда »(Рч Рг) Г 6 ~1» газ чзрг ч.
а»! (1 — и»)з (2-ж)) Зги критерии были использованы для обобщения экспериментальных данных, что позволило предложить обобщающие зависимости, на основе которых можно найти ю„р. Стационарный кипящий слой существует в ограниченном интервале скоростей потока ю»р<ю<ю». При скоростях ниже ю»р слой находится в неподвижном состоянии, а при скоростях потока выше скоростя витаыия происходит полный укос всех частиц и кипящий слой также перестает существовать. На основе обобщения экспериментальных данных по аэродинамике кипящего слоя предложены расчетные завясимости для оценки предельных скоростей потока, ограничявающих область существования кипящего слоя.
Так, для нахождения скорости вскнпания ю,р предложена зависимость 0,0128Аг ю„рб 18+ О,И 1/0,0128Аг ч (2-21) где 6 — средний диаметр частыц. Для оценка скорости витания частяц кипящего слоя с определенными рч и 6 можно использовать другую обобщающую зависимостгс Аг 18+ 0,61 )Дх (2-22) Ке+ 0,02Ке» пх1 лг = эгч Ке„+ 0,02Кез (2-23) Зависимость (2-23) можно использовать для оценки поразнести вблизи верхнего (по скорости потока) предела существования кипшцего слоя. Это позволяет проверить пределы высоты кипящего слоя во всем диапазоые его рабаты: Н=Н 1 — и а в выраженяе Ке» входит в качестве определяемой величыиы ю», После перехода слоя в кипящее состояние при увезиченян ю происходит так называемое расширение кипящего слога Оно заключается в том, что при неяэменном сопротивлении слоя растет его высота, частицы расходится при кипении на все большие расстояния, что сопровождается увеличением порозностн слоя и.
В итоге скорость фильтрации потока (между эернамн), равная юг юе ю/и, растет гораздо медленнее расходной скорости ю, оставаясь в пределах существования кипящего слоя практически неизменной. Для сравнительво одыородного кипящего слоя пороэность при расши. ренин слоя изменяется по закону 2-9. ПРИМЕРМ Пример 2-1. Рассчитать трампорвю системы струй, втекающих горизоитальио (под углом 90') в вертикальво восходящий поток воздуха, если известно, что рз=р, 1,293 кг/м~; ша 40 и/с, а эа 2 м(с.
Относительный шаг в системе струй одииакового диаметра В~=О,! м составляет 3(!)в 1О. Оцепить глубину проиикиовеиия системы струй. Решение. Используем выражение (см. стр. 38): ° шс 1 гДе' — = — =О,Оаз; — = 0,104— или в табличной форме Если построить график 8=1(х), легко видеть, что глубкиа проииквовеиия системы струй составляет примерио 4 и, т. е. почти 40 диаметров В.
Првмер 2-2. Рассчитать скорость витания угольной частицы размерами 1ХО,ЗХО,З мм в топочной камере при температуре потока 1400 К, Плотность частицы 1200 вг/мз. Решение. По формуле (2-16) рассчитываем диаметр шара, азродянамически подобного частице:. 1,125 1/1 + 1/0,5 + 170,3 7'з 1,293.273 Плотвость газового потока рг = р, — = = 0,252 кгlмз, Т 1400 а кявематическая вязкость (по таблицам) т 220 1О-з мз/с. Находим критерий Кирпичева 48(рч — Р1) 4.9 81(1200 — 0,252) Зтзр~ 3 (220 10 — з)з 0,262 Затем определяем критервй Шиллера по формуле (2-12), так как К((8,5: Ясов к!' 3,76 24 (1 + 0 955.10-зК!4)взш 24 125 3 — — 0,156.
70 0,05 0„1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,75 1,0 2,0 З,О 4,0 5,0 0,5 1 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 7,5 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 0,105 1,0 3,73 9,51 35,5 90,5 185,9 1778 1,6 10з 6,3 1Оз 16,0 1Оз 3,3 1Оз 2,6 1О-з 2,6 10-з 9,7 10-з 2,4 10-з 9,2 10-з 2,35 10-з 4,9 10-з 0,18 0,47 4,4 16,3 41,8 86,4 2 6. 10-з 2,6. 10-з 9,710 з 2,410 з 9,2 10-з 2 35 1О-з 4,9.10-з 1,8 10-з 4,7 10-з 0,44 1,63 4,18 8,64 Отсюда скорость вятаиин Всв О, 156 — 0,37. зре / 3.0,252 4Е(ре — ре)т Ч 4 9,81 1й)0.220 10е Определым область двкженыя частицы: Де=юеб/т 037 ° 0,178 ° 10-в/ /(220 !О-е) 03.
Так как не<1, это область Стокса, т. е. область чисто вязкого течения. Прымер 2-3. Оценить пределы сущестнования кипящего слоя, состоящего из кварцевых частяц шарообразной формы дыаметром 1 мм ы плотностью р,=2500 кг/мв в воздушном потоке с параметрамн р„-1,29 кг/мв н т„1,4Х !(10-в мв/с. Р е ш е н и е. Найдем определяющий критерий: Ебв (Ре Рг) 9 81, 10-е 2500 1 29 твр~ 1,96 10 ве 1, Далее, используя зависимости (2-21) н (2-22), находим Дерр верб/т~~ е 35 ы Дев 490. На основанын известного отношении 5/тяе72 легко находятся мер~0,5 н юв 7 и/с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
