книги из ГПНТБ / Перегудов, В. В. Тепловые процессы и установки технологии полимерных строительных материалов и изделий учебник

Гидродинамика кипящего слоя. Кипящий слой материала опре­ деляется 'скоростью движения газа, размером и формой частиц ма­ териала.

По мере увеличения скорости газа давление его на частицу ма­ териала возрастает, и она выталкивается из слоя. Расстояние при этом между частицами увеличивается, скорость газа-за счет увели­ чения расстояний уменьшается, и частица возвращается в слой. Та­ кое непрерывное, циклическое движение частиц создает кипящий слой.

При псевдоожижении тведрых частиц, одинаковых по форме и размеру, наблюдается однородный кипящий слой. На практике, когда псевдоожижению подвергаются различные частицы материа­ ла, кипение сопровождается образованием пузырей, каналов, что приводит к различной пористости слоя. При этом наблюдается не­ однородный кипящий слой.

Основным для определения режима кипения является крити­ ческая скорость кипения — скорость газов, при которой слой ма­ териала переходит в кипящее состояние. Исследованием критичес­ кой скорости занимались многие ученые. Однако большинство ис­

топтехиздат, 1962.

141

каемой потоком газа. Далее на основе опытов находится расчетное уравнение.

П. Г. Романков и Н. Б. Рашковская [39], сравнивая величины критической скорости кипения по различным уравнениям, пришли к выводу, что наиболее -близкие к действительным значения полу­ чаются при расчете по формуле И. .М. Федорова, который получил зависимость для определения скорости газового потока, обеспечи­ вающую хорошее перемешивание кипящего слоя

Для количественной оценки кипения можно воспользоваться от­ ношением скорости потока газа к критической скорости кипения w/wKp. Это отношение называют числом псевдоожижения и обоз­ начают N. Действительные процессы, проходящие в установках, характеризуются Л/ = 0,8^-0,5. Значение i V = 0,8 относится к ста­ дии кипящего слоя, когда материал хорошо перемешивается только на наклонной решетке или при использовании виброкипящего слоя. Для обычного «ипящего слоя N должно находиться в пределах 0,6 ч- 0,5.

Гидравлическое сопротивление кипящего слоя в достаточно ши­ роком диапазоне скоростей кипения изменяется мало. Практичес­

где Я — высота слоя; р — истинная плотность материала; g— ус­ корение силы-тяжести.

142

, Гидродинамика пневмотранспорта. Пневмотранспорт для частиц сыпучих материалов в технологии полимерных строительных ма­ териалов используется широко: при разгрузке твердых сыпучих ма­ териалов в складские емкости, транспортировке к бункерам запаса и расходным бункерам, а также в процессах сушки зернистых ма­ териалов.

Если газовый поток направить вверх через слой зернистого ма­ териала, то при скорости, равной скорости витания ^ в и т , частицы материала по отношений « установке будут находиться в относи­ тельном покое, и движения материала не будет. Если скорость га­

где т — масса частицы; wa и w — соответственно абсолютная и относительная 'скорости частицы; т — время; f — поверхность со­ противления; | — коэффициент сопротивления; у ' г — объемный вес газа. _

В этом уравнении первый член соответствует количеству дви­ жения, второй — силе тяжести, а третий — силе сопротивления. Знак перед tng зависит от направления газового потока; при нис­ ходящем потоке он 'Положителен, при восходящем — отрицателен.

Для шарообразной частицы уравнение (V.78) может быть за­ писано

143

Определив на основании исходных данных величину критерия Fe по рис. 54, находят ReB , а затем вычисляют скорость витания

Влияние стеснения потока стенками тру­ бы на скорость витания по И. М. Разумову определяют

Пневмотранспорт может осуществляться как при низкой кон­ центрации материала (до 1,5 кГ/кГ), так и при высокой (до 100 кГ/кГ, а иногда- и выше). В первом случае подают воздух под давлением до 1000 мм вод. ст., во втором — сжатый до 2—3 ат.

Гидравлическое сопротивление трубопроводов. Для транспорти­ рования материал необходимо разогнать по скорости, равной

144

ш г — ш в и т (восходящий поток). Период времени, соответствующий переменной скорости материала,- носит название стадии неустано­ вившегося движения частиц, а участок — разгонным.

Гидравлическое сопротивление трубопроводов для пневмотранс­

ния газового потока о стенки трубы; ДРг — статический напор, обус­ ловленный весом материала в трубе; Д Р 3 — т о же, на разгонном участке; ДР4 — динамические аютери напора на разгон частиц; ДР5 — потери напора вследствие трения частиц о стенки трубы.

Потери напора за счет трениягазового потока ДР1 могут быть

Для гладких труб И. Никурадзе предложил формулу определе­ ния

Потери напора, обусловленные весом транспортируемого мате­ риала для установившегося режима при w = wr— ш в и т на всем участ­ ке трубопровода, исключая разгонный участок,

где G — вес транспортируемого материала; 5 Т — площадь попереч­ ного сечения трубопровода; С = 1 — ео — концентрация материала.

Для простейшего случая (ayr =const) величину ДР3 можно рас­ считать по И. М. Разумову

145

то же, для частиц шарообразной формы

где S = nd2/4 — проекция поперечного сечения шарообразной час­ тицы на направление ее движения.

Сила тяжести частицы в газообразной или жидкой среде

При достижении частицей постоянной скорости — скорости осаждения w0, сила сопротивления должна быть равна силе тя­ жести, на этом основании приравняем правые части формулы (V.95) и (V.96) -

• nd2 Wo nd3 ,

Откуда

'3gy0

Коэффициент £ является функцией критерия Рейнольдса и на- ' ходится опытным путем.

146

Экспериментально установлено, что | имеет следующие значе­ ния:

»500< . Re<15 000 S = Q,44

Аэродинамика слоя волокнистых материалов. Модель структу­ ры пористого тела, разобранная при описании гидродинамики филь­ трующего слоя данной главы, как показали исследования Г. А. Ива­ новой *, может быть положена и. в основу определения гидроди­ намики слоя} волокнистых материалов.

Однако при определении гидродинамического сопротивления во­ локнистого слоя расчет удельной поверхности слоя представляет , значительные трудности. Минераловатный волокнистый слой сос­ тоит из многочисленных волокон различной длины со средним диа­ метром dcp, также неволокнистых включений (корольков, гантелей, чешуек, пленок) различного диаметра и толщины, получающихся ири раздуве. Поэтому вначале определяют удельную поверхность волокнистого слоя, например, методом адсорбции азота. После ана-, логично слою зернистого материала определяют эквивалентный диаметр каналов между шарами в модельном слое, далее по1 фор­ мулам (V.67) и (V.68) — истинную скорость и критерий Рейнольдса.

Но так как точно рассчитать удельную поверхность минераловатного слоя невозможно, то опытные кривые сопротивлений для слоя из шаров не совпадут с кривой сопротивлений волокнистого слоя.

Для совмещения этих кривых следует ввести коэффициент фор­ мы ар, показывающий, во сколько раз реальная удельная поверх­ ность волокнистого слоя отличается от поверхности, вычисленной,

раловатных изделий на синтетической связке. Кандидатская диссертация. M . j 1971.

147

Отсюда гидродинамическое сопротивление волокнистого слоя может быть рассчитано по формуле

установку на перфорированной конвейерной ленте, при расчете гид­ родинамического сопротивления волокнистого слоя необходимо принять поправочный коэффициент К, учитывающий влияние пер­

На гидродинамическое сопротивление волокнистого слоя ока­ зывает большое влияние влажность.

Влияние влажности минераловатного слоя на его гидродинами­ ческое сопротивление продувке газов при о; = 0,4 м/сек, по данным Г. А. Ивановой, показано на рис. 56. Пропитка минераловатного ковра водными эмульсиями полимерных смол на разных заводах ведется различными способами, поэтому начальная влажность во­ локнистого слоя колеблется в очень больших пределах от 5 до 70%, иногда достигая и большей величины. Естественно, что при расче-

148

те гидродинамических сопротивлений должна учитываться и влаж­ ность.

Поэтому, принимая во внимание значительные трудности в оп­ ределении гидродинамического сопротивления волокнистого слоя для расчетов с достаточной точностью молено пользоваться графи­ ком (рис. 57) зависимости гидродинамического сопротивления АР минераловатного ковра различной влажности от скорости w проду­ ваемого воздуха. Кроме определенного сопротивления по графику, необ-

Представим это выражение в виде

На основе большого количества экспериментов К. А. Нохратян * определил, что при температуре 0°С величина A,p/2da = ao— так на­ зываемый коэффициент аэродинамического сопротивления может быть определен для каналов от 25 до 250 мм из уравнения

э

(d3 выражается в метрах).

* К. А. Н о х р а т я н. Аэродинамическое сопротивление в кольцевых и тун­ нельных печах. Госстройиздат, 1957.

149