Учебное пособие 919

ром 10 типа ММН–240. Поток воздуха, поступающий в кольцевой канал подогреваеться подогревается в электрокалорифере 8. Лабораторный автотрансформатор 6 типа РНО–250–5 позволяет плавно регулировать температуру воздуха в диапазоне от 290К до 360 К.

Для измерения температуры ожижающего агента в различных точках камеры служат хромель-копелевые термоэлектрические преобразователи (термопары) 11 типа ТП-0188. В качестве вторичного прибора к ним используется универсальный восьмиканальный измеритель-регулятор 12 типа ТРМ 148, откуда через преобразователь интерфейсов 18 типа AC 4 сигнал поступает на персональный компьютер 19. Перед началом опытов осуществлялась проверка термопар по образцовому ртутному термометру с ценой деления 0,1 К в интервале температур от 290 до 340 К. Относительная погрешность при измерении температуры не превышает ± 0,5 %. Температура частиц в слое фиксировалась при помощи хромель-копелевой термопары, помещенной в специальную «ловушку» 13.

Средняя температура ожижающих агентов на выходе из каждого канала измерялась в воздухосборниках 16 и 17. Для одновременного измерения температуры ожижающего газа применялась специально изготовленная «гребенка», состоящая из четырех термопар. Направление потока газов, выходящих из газораспределительного устройства и непосредственно из слоя определяется при помощи трубчатого трехточечного Г–образного насадка типа Н–32–543–01, который с помощью координатника 15 может перемещаться в осевом и радиальном направлениях. Измерение статического давления в различных сечениях газового тракта производилось, с помощью штуцеров отбора давления. В качестве вторичного прибора к ним и к насадкам используется дифференциальный цифровой микроманометр 14 типа ДМЦ-01М в комплекте с пневмометрическими трубками конструкции НИИОГАЗ. Сигнал с микроманометра через преобразователь интерфейсов АС3-М поступает на персональный компьютер 19. Измерение скорости движения твердой фазы производится с помощью частиц, помеченных радиоактивным изотопом золота, датчика типа «Сигнал» и секундомера СТЦ-2. Момент появления меченых частиц в заданном сечении аппарата фиксируется датчиком.

Вкачестве твердой фазы использовались частицы из алюмоцинкового сплава, силикагеля, фторопласта, кварцевого песка, полистирола, полипропилена и полиэтилена с dЭ = 2,5÷5 мм.

Врезультате экспериментального сравнения перфорированных, жалюзийных и профильных решеток установлено, что последние при

11

одинаковых сопротивлениях слоя и решетки обеспечивают увеличение массового расхода дисперсного материала в 2,5 раза при использовании жалюзийных, и в 12 раз - перфорированных.

Экспериментальная проверка аналитических зависимостей (2,7,8,12-15), показала их приемлемость для практических расчетов.

В результате обработки данных серии опытов получена эмпирическая формула для определения порозности псевдоожиженного слоя, перемещающегося вдоль наклонной решетки, с точностью 11%.

Отдельные значения экспериментальных данных и рассчитанных по (16) по порозности приведены на рис. 4.

0 / ВИТ

Рис.4. Зависимость порозности слоя от относительной скорости газа

Для относительного расхода ожижающего газа и дисперсного материала на наклонной газораспределительной решетке получено эмпирическое соотношение с точностью 14% :

12

Аппроксимация опытных данных по суммарному перепаду давления в слое и решетке, коэффициенту межфазного теплообмена производилась методом наименьших квадратов. Общий вид зависимостей устанавливается на основе анализа размерностей. В результате получены следующие соотношения:

Экспериментальные данные отличаются от расчетных не более, чем на 17% по (18) и на 12% по (19). Некоторые их значения приведены на рис.5 и 6.

▬ – расчет, ●, ○, ■ –

эксперимент,

dЭ 4,55 мм,

Т 2850 кг/м3,

● –βР=0,09 рад, ○ – βР =0,26 рад, ■ – βР =0,52рад.

Рис. 5. Зависимость РP+C от скорости υ0 при различных βР

13

только отношением расходов теплоносителей, но и насыпной высотой слоя, размерами частиц и интенсивностью межфазного теплообмена. Анализ зависимости величины ηт от отношения массовых расходов теплоносителей и значений чисел единиц теплопереноса, показал, что существенно можно увеличить коэффициент тепловой эффективности при организации противоточного движения теплоносителей в теплообменнике. Получены соотношения для определения величины ηт для двух- и трехступенчатых воздухоподогревателей. Предложены две схемы организации ступенчатого противотока и проведено сравнение их по коэффициенту тепловой эффективности.

На основе проведенных исследований разработана конструкция воздухоподогревателя, новизна и оригинальность которого защищена патентом РФ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1.В результате исследования процессов формирования и движения перемещающегося псевдоожиженного слоя вдоль наклонных газораспределительных решеток аналитически установлены соотношения для определения угла выхода газового потока из слоя, скорости газа, соответствующей началу движения слоя и средней скорости его перемещения вдоль решетки.

2.Установлено распределение температур газов, воздуха и твердой фазы в воздухоподогревателе, и предложены соотношения для определения средних температур газов и воздуха на выходе из него.

3.Предложены эмпирические соотношения для определения порозности, суммарного перепада давления слоя и газораспределительного устройства, а также коэффициента межфазного теплообмена в направленно перемещающемся псевдоожиженном слое. Сопоставление опытных данных с расчетами по этим зависимостям показало их приемлемость для инженерных расчетов и достоверность принятой модели формирования и движения слоя.

4.Разработана методика инженерного расчета воздухоподогревателя с псевдоожиженным слоем, позволяющая определить его режимные и конструктивные параметры. Предложены рекомендации для определения оптимальных параметров аппарата.

5.Разработана конструкция воздухоподогревателя для использования теплоты низкопотенциальных отходящих газов и вентиляционных выбросов, защищенная патентом РФ.

15

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

с – теплоемкость, Дж/(кгК); fЧ –поверхность частицы, м2/кг; fПС – пло-

щадь поперечного сечения, м2; G – расход, кг/с; g – ускорение свобод-

ного падения, м/с2; НС – высота слоя над решеткой, м; r – радиус, м; ∆Р

– перепад давления, Па; Т – температура, К; υ, wт – скорость газооб-

разной и твердой фаз, м/с; υ0, вит – средняя скорость газов на входе в решетку и скорость витания частиц, м/с; υ0Н – скорость ожижающего газа, соответствующая началу движения слоя, м/с; α – коэффициент межфазного теплообмена, Вт/(м2 К); β0 – угол входа газового потока в слой, рад; βТ – угол наклона решетки к центру аппарата, рад; βР – угол наклона газораспределительной решетки к горизонтальной плоскости,

рад; ε0, ε – порозности насыпного и псевдоожиженных слоев; dЭ –

эквивалентный диаметр частиц, м; λ – коэффициент теплопровод-

ности, Вт/(м К); ν – кинематический коэффициент вязкости, м2/с; θТ –

температура твердых частиц, К; ρ – плотность, кг/м3; Ω – скорость вращения слоя, 1/с; ρ – плотность, кг/м3; ηт – коэффициент тепловой эффективности; V – объем, м3; φ – текущий угол, рад; ℓ – длина, м; FТ–

поверхность теплообмена твердой фазы в камере, м2;

Критерии (числа):

Индексы: в – воздух; г – газ; вн – внутренний; к – конечный; м – монолитный; н – начальный; нр – наружный; с – слой; рс – решетка и слой; т – твердый; ч – частица; t – тангенциальный; r – радиальный; z

– аксиальный; о – насыпная.

16

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1.Надеев А.А. Определение коэффициентов тепловой эффективности аппаратов с центробежным слоем / А.А. Надеев, Д.Ю. Агапов, К.Н. Родионов и др. // Вестник Воронеж. гос. техн. ун-та. 2011. Т. 7. №10. С. 132-135.

2.Д.Ю. Агапов. Сравнение газораспределительных устройств для формирования центробежного псевдоожиженного слоя /Д.Ю. Агапов, А.А.Надеев, К.Н.Родионов и др. //Вестник Воронеж. гос. техн. ун-та. 2012. Т. 8. № 7.1. С.118-121.

Публикации в других изданиях

3.Агапов Д.Ю. Теплообменники с центробежным слоем для регенерации теплоты и очистки дымовых газов / Д.Ю. Агапов, Д.А. Прутских, А.В. Бараков, К.Н. Родионов // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: тр. научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Вып. 11. ВГТУ, 2009. С. 7-9.

4.Хаустов М.А. Теплообменные аппараты для использования теплоты отходящих газов котлоагрегатов/М.А. Хаустов, М.Ю. Долгов, Д.Ю. Агапов, В.Г. Стогней // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: тр. научнотехнической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Вып. 11. ВГТУ, 2009. С.127-130.

5.Надеев А.А. Определение коэффициентов тепловой эффективности теплообменников с организацией противотока по промежуточному теплоносителя / А.А. Надеев, Д.Ю. Агапов, К.Н. Родионов // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: тр. научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Вып. 12. ВГТУ, 2010. С.12-17.

6.. Надеев А.А. Определение коэффициентов тепловой эффективности теплообменников с организацией противотока по газообразным теплоносителям / А.А. Надеев, Д.Ю. Агапов, К.Н. Родионов // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: тр. научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Вып. 12. ВГТУ, 2010. С.30-35.

17

7.Агапов Д.Ю. Экспериментальное исследование газораспределительных решеток / Д.Ю. Агапов, А.А. Надеев, В.Г. Стогней и др. / Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: тр. научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Вып.13. ВГТУ, 2011. С.76-79.

8.Надеев А.А. Расчетно-эксперементальное исследование сушильной установки с псевдоожиженным слоем / А.А. Надеев, Д.Ю. Агапов, И.Ю. Клейников // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: тр. научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Вып.13. ВГТУ, 2011. С.36-42.

9.Зверев Д.Ю. Разработка конструкции и методики иженерного расчета водоиспарительных воздухоохлодителей с псевдоожиженным слоем / Д.Ю.Зверев, А.М.Наумов, Д.Ю.Агапов, К.Н. Родионов // Физико-технические проблемы энергетики, экологии и энергоресурсосбережения: тр. научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. Вып.13. ВГТУ, 2011. С.123-127.

10.Надеев А.А. Повышение интенсивности теплообмена при движении частиц в кольцевом канале / А.А. Надеев, Д.Ю. Агапов, В.Г. Стогней // Материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции «Энергетики и металлурги настоящему и будующему России», Магнитогорск, 2012. С. 17-19.

11.Патент РФ RU 119080 U 1 МПК F26B 17/10. Устройство сушки сыпучих материалов; А.А.Надеев, Д.Ю.Агапов, Н.Н. Кожухов и др.; опубликовано 10.08.2012. Бюл. №22. 3с.

12.Патент РФ №2467274 МПК F 28 D 19/02. Регенеративный теплообменник / Д.Ю. Агапов, М.А. Хаустов, В.Г. Стогней и др. //опубликовано 20.11.2012. Бюл. №32 5с.

18