Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Календерьян В.А. Теплоотдача плотного движущегося слоя и методы ее интенсификации

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

7.9 Mб

Скачать

☆

1 / 191 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

В. А. КАЛЕНДЕРЬЯН, В. В. КОРНАРАКИ

ТЕПЛООТДАЧА

ПЛОТНОГО ДВИЖУЩЕГОСЯ СЛОЯ И МЕТОДЫ ЕЕ ИНТЕНСИФИКАЦИИ

ИЗДАТЕЛЬСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ «ВИЩА ШКОЛА» ИЗДАТЕЛЬСТВО ПРИ КИЕВСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ КИЕВ —1973

530.1

К17 У Д К 536.241

541.182.3

Т е п л о о т д а ч а плотного

д в и ж у щ е г о с я слоя

и м е т о д ы ее

интенси

фикации .

К а л е н д е р ь я н

В . А., К о р н а р а к н

В. В.

И з д а т е л ь

ское объединение

« В и щ а

школа»,

1973, 187 с.

В м о н о г р а ф и и

приведены

р е з у л ь т а т ы теоретических

экспери

м е н т а л ь н ы х

исследований

т е п л о о т д а ч и

д в и ж у щ е г о с я

плотного

слоя.»

С о с т а в л е н о м а т е м а т и ч е с к о е

описание

процесса

теплообмена

проду

ваемого

д в и ж у щ е г о с я

слоя

поверхностью,

получены

п р и б л и ж е н н ы е

аналитические решения

некоторых

частных

з а д а ч ,

р а с с м о т р е н ы

мето

д ы интенсификации теплообмена .

И з л а г а ю т с я

д а н н ы е исследований

теплообмена

н е п р о д у в а е м о г о

и п р о д у в а е м о г о

д в и ж у щ е г о с я

слоя с

поверхностями различной к о н ф и г у р а ц и и (плоскими, цилиндрическими,

сферическими,

пучками

т р у б ) ,

п р о а н а л и з и р о в а н о

влияние

основных

ф а к т о р о в , р е к о м е н д о в а н ы

о б о б щ е н н ы е

расчетные

з а в и с и м о с т и .

П р и

ведены р е з у л ь т а т ы исследований методов интенсификации

теплооб

мена — вибрации

слоя

теплообменной

поверхности, применения

оребрення

различной

конфигурации, а т а к ж е м е т о д и к а

расчета

тепло

обмена в

у к а з а н н ы х

условиях .

В з а к л ю ч е н и е

п р е д с т а в л е н ы

некото

р ы е х а р а к т е р и с т и к и

р я д а

поверхностных

теплообменников

д л я

мел

кодисперсных

сыпучих

м а т е р и а л о в .

Р а с с ч и т а н а

на

научных, инженерно - технических работников и

специалистов

химической,

металлургической,

строительной

и д р у г и х

отраслей

промышленности,

м о ж е т быть

использована

п р е п о д а в а т е л я

ми, а с п и р а н т а м и

с т у д е н т а м и

высших

учебных з а в е д е н и й

соответст

в у ю щ и х профилей .

Т а б л и ц — 1 2 .

и л л ю с т р а ц и й — 82, б и б л и о г р а ф и я — 258

названий .

Г с с .

пуб":" - <ная

нау-.-.-.-.-^хи:, і ,с::ая

биб ,.,с

л& ССОР

GH3-::. ТПЛЯР

Ч И Т А Л Ь Н О Г О З А Л А

	0235—03!і	©
к	0235—03!і	И з д а т е л ь с к о е объединение
к	5 9 - 7 3	« В и щ а ш к о л а » , 1973
	М 2 2 4 ( 0 4 ) — 7 3

П Р Е Д И С Л О В И Е

В технологических процессах различных отраслей промышлен ности, в энергетических установках с промежуточным дисперсным теплоносителем, при утилизации тепла возникает необходимость в нагреве и охлаждении полифракционных мелкодисперсных мате риалов. Осуществление этих процессов при непосредственном кон такте сыпучего материала с греющей (охлаждающей) средой в ки пящем или продуваемом плотном слое затруднено в связи со зна чительным гидравлическим сопротивлением и уносом. В ряде с л у чаев непосредственный контакт недопустим из технологических со ображений (из-за нежелательности химического взаимодействия,, загрязнения теплоносителя, разбавления теплоносителем получа емых продуктов и т. д.). Поэтому возникает необходимость в приме нении поверхностных теплообменныхаппаратов.

Известны различные типы таких аппаратов: а) с гравитацион но движущимся непродуваемым плотным слоем, омывающим трубча тую поверхность нагрева [2, 33, 58, 130, 1 3 і / 1 3 8 , 209, 216]; б) с перемешиваемым слоем (вращающиеся барабаны с трубными пуч

ками,	ребрами, аппараты с вращающимися шнеками, лопастями)
[225,	226, 244, 256]; в) с зернистым промежуточным теплоносите
лем,	используемым для нагрева мелкодисперсных материалов	[128,
153, 154]; г) с восходящим либо нисходящим движением слоя		вдоль

вибрирующего лотка, представляющего собой поверхность нагрева. В ряде случаев в слое размещаются дополнительные кондуктивные нагреватели [31, 147, 176, 189, 240].

Весьма перспективны аппараты первого типа, характеризующие ся надежностью, простотой конструкции, компактностью, высокой тепловой эффективностью, которая обеспечивается выбором рацио нальных режима и скорости движения слоя, геометрических харак теристик поверхности теплообмена, характера ее омывания. В по добных аппаратах с движущимся плотным слоем могут осущест вляться разнообразные технологические процессы: сушка, нагрев мелкодисперсных рудных концентратов для извлечения металла и охлаждение огарка на предприятиях цветной металлургии; нагрев шихты, утилизация тепла мелкозернистых агломератов, доменных шлаков, колошниковой пыли в черной металлургии; нагрев, сушка и охлаждение различных материалов (шлиф- и микропорошков кар-

бидов кремния	и бора, электрокорунда, талька,	каолина и т. д.)
на предприятиях, производящих эти материалы; нагрев и сушка			кри
олита, медного	купороса и суперфосфата на суперфосфатных		заво
дах; термообработка и последующее охлаждение		материалов,	газо

образные продукты разложения которых необходимо улавливать; охлаждение песка после литья; охлаждение мелкодисперсного кок са и полукокса в схемах энерготехнологической переработки твер дых топлив и т. д. Во многих случаях теплообмен оказывает решаю щее влияние на качество основного технологического процесса.

Вэнергетических установках с промежуточным дисперсным теп лоносителем [54] последний может представлять собой непродуваемый плотный движущийся слой. При значительном перепаде дав лений между греющей и нагреваемой средой (например, в котлоагрегатах, регенераторах газотурбинных установок, парогенерато рах ядерных энергетических установок) процессы теплообмена с промежуточным теплоносителем целесообразно осуществлять в ре куперативных поверхностных аппаратах.

Вряде установок происходит рекуперативный теплообмен про дуваемого движущегося слоя, например теплообмен с поверхностя ми системы охлаждения в высокотемпературных шахтных аппаратах для обжига железорудных окатышей [191, нагрева доломита, из вестняка, а также в регенеративных слоевых воздухоподогревате лях с движущейся насадкой, которым в последнее время уделяется большое внимание [42, 51, 76, 77, 108, 140, 142, 174, 196, 253]. Теп лообмен продуваемого движущегося слоя с поверхностью нагрева применяется и в других технологических процессах.

Широкое распространение поверхностных теплообменников с движущимся плотным слоем сдерживается недостаточной изучен

ностью процесса теплообмена. Исследование этого процесса,		а	так
ж е систематизация и анализ литературных данных необходимы			для
разработки надежной методики	расчета и проектирования,	созда
ния эффективных теплообменных	аппаратов.

В настоящей работе приведены результаты выполненных авто рами либо при их участии исследований теплообмена плотного гра витационного движущегося (продуваемого и непродуваемого) слоя, рассмотрены некоторые методы его интенсификации.

Авторы приносят искреннюю благодарность проф. 3. Р . Горбису за помощь в исследованиях, проф. А. П. Баскакову и проф. В. Ф. Чайковскому за советы и замечания по различным во просам настоящей работы, проф. 3. И. Геллеру и доц. И. В . Пасеч нику за ценные замечания, сделанные при рецензировании моно графии, а также асп. С. С. Титарю, принимавшему участие в иссле дованиях.

Главы I , I I I , V I I написаны В. А. Календерьян, остальные гла вы написаны авторами совместно.

		УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
А	— а м п л и т у д а колебаний;
а	— коэффициент т е м п е р а т у р о п р о в о д н о с т и ;
В	— ширина	к а н а л а ;
6	— ширина	ребра, з о н д а , л е н т ы ;

С— полная теплоемкость;

с— у д е л ь н а я теплоемкость;

с .

— к о э ф ф и ц и е н т

а э р о д и н а м и ч е с к о г о

сопротивления;

— д и а м е т р к а н а л а , теплообменной

поверхности;

— т е р м и ч е с к и й

д и а м е т р

теплообменной поверхности;

— д и а м е т р частиц

м а т е р и а л а ;

— к о э ф ф и ц и е н т

э ф ф е к т и в н о с т и

ребер;

— поверхность

теплообмена;

— поверхность

м е ж ф а з о в о г о

теплообмена

в 1 м3

слоя;

Рыул

- - т о ж е в о б ъ е м е

расчетной

ячейки;

— поперечное сечение к а н а л а ,

частота

колебаний;

/ ' — к о э ф ф и ц и е н т

внешнего

т р е н и я ;

G — р а с х о д м а т е р и а л а ;

— ускорение силы

т я ж е с т и ;

— ускорение вибрации;

— высота;

Ів

— м о д и ф и ц и р о в а н н ы е

функции

Бесселя

[

рода

нулевого

первого

п о р я д к а ;

Ко,

К\—модифицированные

функции

Бесселя

I I

рода

нулевого

первого

п о р я д к а ;

— коэффициенты

теплопередачи

д л я

г л а д к о й

и оребренной поверхности;

&ор — к о э ф ф и ц и е н т

о р е б р е н и я ;

— д л и н а ;

/ — о п р е д е л я ю щ и й р а з м е р ;

m — масса-

W — к о э ф ф и ц и е н т

пропорциональности

м е ж д у

горизонтальным

верти

к а л ь н ы м н о р м а л ь н ы м и н а п р я ж е н и я м и ;

п — ш е р о х о в а т о с т ь ;

— сила

в и б р а ц и и ;

р — д а в л е н и е ,

Q — количество тепла;

q — плотность теплового потока;

— радиус ц и л и н д р а , цилиндрического

к а н а л а ;

— относительный

радиус цилиндрического

к а н а л а ;

^ к ' ^ Х г ' ^ Я ф ' ^ п — т е р м и ч е с к и е

сопротивления: контактное, теплопроводности

(по

р а д и у с у

и углу п о в о р о т а ) , теплоотдачи;

— текущий р а д и у с ;

Г|,

г 2

— внутренний и н а р у ж н ы й

радиусы

кольцевого

ребра;

— сила

а э р о д и н а м и ч е с к о г о

в з а и м о д е й с т в и я ,

s, S

— ш а г

ребер, труб;

	t — т е м п е р а т у р а ;
	tg ф — к о э ф ф и ц и е н т			внутреннего т р е н и я ;
	V	— б е з р а з м е р н а я		л н н е н н а я		скорость;
ѵ		— б е з р а з м е р н а я		л н н е н н а я		скорость;
	V — л и н е й н а я		скорость;
	\Ѵ	— водяной	э к в и в а л е н т ;
	X — п р и в е д е н н а я д л и н а ;
л*, у		— к о о р д и н а т ы ;
	П — п о п р а в к а ;
	Э т	— о т н о с и т е л ь н а я			т е п л о в а я	э ф ф е к т и в н о с т ь		поверхности;
	а — к о э ф ф и ц и е н т т е п л о о т д а ч и ;
	ß	— о б ъ е м н а я к о н ц е н т р а ц и я				частиц (плотность у к л а д к и ) ;
	ß F	— поверхностная			к о н ц е н т р а ц и я ;
	V — у г о л м е ж д у н а п р а в л е н и е м колебаний и							в е р т и к а л ь ю ;
д	Doua — относительный з а з о р ;
	бр	— т о л щ и н а	ребра, пограничного				слоя;
	е — порозность;
	бд	— о т н о ш е н и е толщин теплового					н динамического пограничного слоев;
	бд
	V
Ѳ =	— — б е з р а з м е р н а я				избыточная т е м п е р а т у р а ;
	•& — избыточная т е м п е р а т у р а ;
	к	— к о э ф ф и ц и е н т		сопротивления д в и ж е н и ю ;
	б

Л = " ^ — о т н о с и т е л ь н а я т о л щ и н а прогретого			слоя;
X — к о э ф ф и ц и е н т т е п л о п р о в о д н о с т и ;
р, — к о э ф ф и ц и е н т з а т у х а н и я колебаний;
\|АГ	— к о э ф и ц и е н т д и н а м и ч е с к о й вязкости		газа;
V — к и н е м а т и ч е с к а я в я з к о с т ь ;
Q — плотность;
Ox, On — в е р т и к а л ь н ы е , г о р и з о н т а л ь н ы е		н о р м а л ь н ы е н а п р я ж е н и я ;
t	— в р е м я ;
хх	— к а с а т е л ь н о е н а п р я ж е н и е ;
Ф — угол внутреннего трения, угол		поворота р а д и у с а ;
	— к о э ф ф и ц и е н т неравномерности	распределения т е м п е р а т у р в теле;
ф	— угол а т а к и ;
со — у г л о в а я частота колебаний .

						КРИТЕРИИ		ПОДОБИЯ
Д л я	газозого	компонента: гомохронности			Н о г =	— j — ;	Фруда	F r r =	——^- ;
Рейнольдса Re r =		- ^ — ;	П р а н д т л я	Pr = -^— ;	Ф у р ь е	F o r = — ^ - ; П е к л е			Р е г =
р г с р г ( 1 - Р ) У		Г		al Г
=	7	; Н у с с е л ь т а Nu = -s— .
	^эка			Kr
Д л я	твердого	компонента
	ѵтх		v2T	атх	vTl	,	P A ß ° T '
Н о т	= — ; F r T		F o T	= l r - ; Р е , = —		; P e ^ ^ ^ - .

Д л я

неподвижного

продуваемого

слоя

4 и Ф

N u H n =

н п '

R e = — ; R e 9 K B = ^ ;

- ^

Д л я

движущегося

непродуваемого

слоя

и 2

Fr = — г ; Р е = - — ; Nu - i —

Д л я

движущегося

продуваемого

слоя

Ре - Р е т

+ Р е г

* е о т н

—

экв

= •

Чкв

Критерий

гидродинамической

устойчивости Ру

-і—

9Кв"т5

качестве

о п р е д е л я ю щ е г о

р а з м е р а

I приняты д л я

плоских

поверхностей —

т е к у щ а я

х или

полная

длина, д л я

цилиндрических и

сферических —

д и а м е т р

(в

критерии

Ф у р ь е — р а д и у с

критерии

Ф р у д а — э к в и в а л е н т н ы й

диа

метр Оакп)-

ИНДЕКСЫ

в — в и б р а ц и я ;

в — в о з д у х ;

г — г а з ; гл — г л а д к а я

(неоребренная)

поверх

ность;

гр — граничный;

д — д и н а м и ч е с к и й ; и — истечение;

к — к а н а л ; кр —

кри

тический;

м а к с — м а к с и м а л ь н ы й ;

мин — м и н и м а л ь н ы й ;

м — м е ж ф а з о в ы й ;

о —

основание; значение величины

во

входном сечении;

об — о б ъ е м н ы й ; ор —

оре -

брение; отв — отверстия;

отн — относительный;

п — переходный;

пл —

пласти

на;

пр — приведенный;

пред — предельный;

р — ребро;

ст — стенка;

с т а б —

с т а б и л и з а ц и я ;

т — т в е р д ы й ;

теоретический;

у д — у д е л ь н ы й ;

ф —

ф и л ь т р а ц и я ,

ц — ц и л и н д р ;

экв — э к в и в а л е н т н ы й ;

эф — э ф ф е к т и в н ы й ;

дн —

д в и ж у щ и й с я

н е п р о д у в а е м ы й ;

нп — н е п о д в и ж н ы й

п р о д у в а е м ы й ;

d — определенный

по

д и а

метру

частиц;

h — в е р ш и н а

ребра; я — н о р м а л ь н ы й ;

t — термический;

х,

у —

проекции

на оси

к о о р д и н а т ;

х,

г,

ф — л о к а л ь н ы й

(по высоте,

радиусу, у г л у

по

в о р о т а ) ; 2 — с у м м а р н ы й ; * — м о д и ф и ц и р о в а н н ы й ;

з н а к у с р е д н е н и я .

Величины

без

индексов

г и т

относятся

ко

всему

потоку

в целом .

ГЛАВА I

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА ДВИЖУЩЕГОСЯ ПРОДУВАЕМОГО СЛОЯ С ПОВЕРХНОСТЬЮ

I.1. КРАТКИЙ АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

Движущиеся, плотные продуваемые и непродуваемые слои яв ляются разновидностями сквозных дисперсных потоков [46], ко торые характеризуются максимальной истинной объемной кон центрацией твердой фазы (контактами между соседними частицами). Плотный слой сыпучего материала представляет собой неоднород ную двухкомпонентную систему «газ — твердые частицы». Скачко образное изменение физических характеристик (теплопроводности, плотности и др.) и параметров (температуры, скорости) на границе раздела компонентов значительно усложняет корректное матема тическое описание процесса и во многих случаях делает невозмож ным получение аналитических решений.

Влитературе развиваются два представления о плотном слое: как о квазигомогенной либо как о дискретной среде.

Не ставя перед собой задачи детального анализа, рассмотрим кратко основные результаты исследований теплообмена плотного слоя. В табл. 1.1 приведен перечень работ, основные аналитические зависимости, характеристики условий проведения опытов и исполь зованных материалов.

Теплообмен при длительных процессах

В [152, 209] движущийся в вертикальных цилиндрических ка налах непродуваемый слой рассматривается как сплошная среда с эффективными характеристиками. При этом М. С. Бринн и др . [209]


используют	аналитическое		решение	Гретца—Нуссельта		[246] для
теплоотдачи	при	безградиентном ламинарном течении жидкости, а
П. И. Николаев		[152] — решение математически			идентичной задачи
о нестационарной теплопроводности				сплошного	неограниченного
цилиндра при граничных условиях I рода. Экспериментальные дан
ные, полученные		авторами	[152, 209]	для мелкозернистых		материа

лов в широких каналах, удовлетворительно описываются теорети ческими зависимостями; специальные наблюдения подтвердили, что движение слоя близко к стержнеподобному. Позднее В. И. Малюкевичем [1431 в аналогичных условиях было выполнено экспери ментальное исследование, в котором измерялось распределение

температур в движущемся слое. Это распределение согласуется с температурным полем неограниченного сплошного цилиндра.

Указанные работы свидетельствуют о том, что в определенных условиях могут быть использованы решения, основанные на пред ставлении о стержнеподобном движении. Однако в большинстве слу чаев движение слоя заметно отличается от стержнеподобного, что делает неприменимыми указанные зависимости (см. гл. I I I ) . Пред ставление о слое как о сплошной среде использовалось при обобще нии опытных данных в экспериментальных исследованиях теплооб мена при продольном [28] и поперечном [57—59, 130, 131] омывании поверхностей. При достаточной продолжительности процесса эф фективные характеристики удовлетворительно учитывают условия переноса тепла.

Наиболее обоснованным является представление о плотном слое как о дискретной среде, развиваемое в работах 3. Р. Горбиса [45, 46]. В них приведена система дифференциальных уравнений, опи сывающих теплообмен класса дисперсных сквозных потоков, к ко торым принадлежит плотный слой. Вывод этих уравнений основан

на рассмотрении ячейки потока конечных	размеров — частицы и
окружающей ее газовой прослойки.	В результате полу

чены критериальные уравнения, в частности для межфазового теп
лообмена в продуваемом слое и теплообмена непродуваемого слоя со
стенкой. Подход, предложенный в [46], где рассматриваются в со
вокупности прсцессы движения и теплообмена компонентов, наибо
лее общий и соответствует физической сущности процесса. Полу
ченная система уравнений в связи с переходом от конечноразностной
формы к дифференциальной является	приближенной, что отмечает
и сам автор. При анализе теплообмена	со стенкой в [46] рассматри

ваются уравнения энергии и движения для всего	потока в целом,
а учет теплового и динамического взаимодействия	компонентов про

изводится с помощью дополнительных граничных условий. Нам представляется более целесообразным рассмотрение уравнений для каждого компонента в отдельности.

Теплообмену неподвижного продуваемого слоя с поверхностью посвящено значительное количество работ, большая часть которых обобщена и проанализирована А. Ф. Чудновским [190, 191] и М. Э. Аэровым с О. М. Тодесом [71. В этих работах изучалась в ос новном внутренняя задача — теплообмен со стенками каналов, за полненных дисперсной насадкой. В [6, 7, 129, 190, 191, 249] непо движный продуваемый слой рассматривается как квазигомогенная среда, характеризуемая эквивалентной теплопроводностью ^Э кв=

= f (Re,-r^-),	и анализируются	условия правомерности	такого при-
Лр
ема. При расчете теплообмена со стенкой выделяется			пристенное
термическое сопротивление. В		[7] для таких условий	предложено
аналитическое	решение задачи	о теплообмене, которая формули
руется как задача нестационарной теплопроводности			неограничен-

1 / 191 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ