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

=4.

ного потока (ф = 0е ), а по мере удаления от нее ухудшается из-за увеличения толщины пограничного слоя. За экватором сферы в связи с отрывом воздушного потока от поверхности это ухудшение становится особенно резким. Увеличение скорости воздуха приводит к интенсификации теплообмена и более равномерному его распре­ делению; так, с ростом скорости от 0,07 до 0,38 місек степень нерав-

164

номерности уменьшается примерно на 17%. Описанная картина со­ гласуется с полученной в [163] для других сыпучих материалов.

Сравнение с нанесенными на рис. V I 1.4 данными для чистого воз­ духа позволяет заключить, что наличие неподвижной насадки при­ водит к: 1) значительной интенсификации теплообмена, в особен­

ческим характеристикам и скорости воздуха в минимальном сече­

присутствию частиц, а также участие их в процессе отвода тепла от погруженной поверхности. Это приводит к увеличению эффектив­ ной теплопроводности сложной двухкомпонентной системы, какой является продуваемый слой по сравнению с чистым воздухом.

Насколько нам известно, литературные данные по теплообмену неподвижного продуваемого слоя со сферическими поверхностями ограничиваются работами [149, 161—163]. На рис. V I I . 5 нанесены результаты расчетов по зависимостям [149, 163].

165

Полученное в [149] аналитическое выражение для средней теп­ лоотдачи основано на представлении об аддитивности пристенного и внешнего (в пределах зоны теплового влияния сферы на слой) тер­ мических сопротивлений теплопереносу. Это выражение хорошо согласуется с нашими данными при рекомендуемом авторами зна­ чении опытного коэффициента К — 3 (последний учитывает геомет­ рию зоны теплового влияния).

Эмпирическая формула [163] дает более высокие (на 60—-70%) значения. В [162] в формуле, описывающей те же опытные данные, коэффициент ошибочно занижен на порядок. Из работ [149, 163] вы-

D

текают различные выводы о влиянии симплекса — , изменявшегося

впределах 5—10: согласно [149] оно довольно существенно, а по

[163]пренебрежимо мало.

Результаты опытов с движущимся непродуваемым слоем приве­ дены и проанализированы в гл. IV .

Движущийся продуваемый слой

сферы. Прежде всего обращает внимание равномерность эпюр при

Повышение скорости обоих компонентов интенсифицирует теплооб­ мен (причины анализировались выше), причем влияние каждого ком­ понента заметнее сказывается на участке поверхности, обращенном к набегающему потоку (рис. V I I . 6 ) . В результате изменяются характер распределения теплоотдачи и степень неравномерности. Она не­ сколько возрастает с увеличением скорости насадки и уменьшением скорости воздуха (рис. V I I . 7 ) , однако во всем исследованном диапа­ зоне не превышает2,5, т. е. примерно в 4—5 раз ниже, чем в режиме фильтрации.

Д л я суждения о возможности применения гипотезы об аддитив­ ности интенсифицирующих эффектов, обусловленных движением твердого и газового компонентов, может служить рис.ѴІІ.6. На нем нанесены экспериментальные данные, полученные при движении обоих компонентов (сплошные линии), а также расчетные значения

в области низких скоростей слоя расчетные данные завышены, в области высоких — занижены. Видимо, имеет место гидродинами­ ческое и тепловое взаимодействие между компонентами потока,

166

которое не учитывается уравнением (VII . 2) . Таким образом, гипо­ теза аддитивности применима только для ориентировочных оценок в области Re < 600, Р е т < 1000. Использование ее за указанными пределами требует специальной проверки. К аналогичным выводам приводит анализ данных по средней теплоотдаче.

I Насадки

\і80"

Исходя из предварительного анализа, можно полагать, что при прямоточной продувке (нисходящем движении частиц и газа) рас­ пределение теплоотдачи по окружности будет характеризоваться максимальной неравномерностью, тепловая эффективность верхней части сферы будет значительно выше, чем нижней. Д л я неудобообтекаемых тел такая схема движения не перспективна.

Средняя интенсивность теплообмена сферы с движущимся проду­ ваемым слоем растет с увеличением скоростей газа и частиц. При этом имеют место вполне определенные закономерности: темп зави­ симости коэффициента теплоотдачи от скорости одного компонента

167

(например, газа) уменьшается с ростом скорости другого (например,

Обобщение экспериментальных данных по теплообмену движу­ щегося продуваемого слоя проводилось различными способами, анализ и сравнение которых приведены ниже.

На рис. V I I . 8 приведены данные, характеризующие интенсифи­ кацию теплообмена, обусловленную движением насадки, по срав­ нению с режимом фильтрации. Ее значение определяется относи­ тельной скоростью компонентов потока. Зависимость, обобщающая все опытные данные, с вероятной ошибкой ± 3 % описывается урав­

При -^- « 0,9 L ~ » 2000j теплоотдача улучшается по сравнению

168

с режимом фильтрации примерно в 6 раз, что еще раз убедительно свидетельствует о целесообразности замены неподвижного проду­ ваемого слоя движущимся. Степень интенсификации теплообмена за

Обобщение данных в виде (1.23) с использованием эквивалент­ ных теплофизических характеристик продуваемого слоя привело к критериальному уравнению (рис. V I 1.9)

В (VII.8) определяющими параметрами являются диаметр сферы, скорости в минимальном сечении, средняя температура потока. Эк­ вивалентную теплопроводность продуваемого слоя подсчитывали по уравнению (VII . 1) . Использование эквивалентной теплопровод­ ности и модифицированного критерия Пекле позволило привести формулу (VI 1.8) к виду, аналогичному приведенной в гл. I V зави­

возможность применения которой для принятых условий (наличие в канале неудобообтекаемого тела — сферы, изменяющей гидродина­ мику потока) нуждается в проверке.

Был использован еще один прием обобщения экспериментальных данных, при котором за основу была принята теплоотдача от сферы к неподвижному непродуваемому слою, обусловленная его эффек­ тивной теплопроводностью (Nu M H H = 2), а влияние движения компо­ нентов учитывалось дополнительными членами. Соответствующая обработка данных приведена на рис. V I I . 10. Получено уравнение,

169

ГЛАВА VIII

НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ДЛЯ ПЛОТНОГО СЛОЯ СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА

В настоящей главе приведены основные (тепловые, габаритные и весовые) расчетные показатели некоторых поверхностных тепло­ обменников и их сопоставление. При этом рассматривались случаи, когда: а) теплоотдача греющей (нагреваемой) среды значительно

слоя трубчатые поверхности с горизонтальным и вертикальным рас­ положением при наружном омывании слоем (рис. V I I I . 1 ) . Использо­ ваны следующие типы оребрения: для горизонтально-трубных ап­

поверхности одного горизонтального ряда труб и шага труб по вер­ тикали. Коэффициенты теплоотдачи с внутренней стороны (от воды, пара либо воздуха) и средний температурный напор вычисляли по общепринятым зависимостям [148].Коэффициенты конвективного теп­ лообмена плотного слоя находили из соответствующих критериаль­ ных уравнений (III . 5), (IV.2), (V.6)—(V.8). Коэффициенты эффектив­

Анализ, выполненный для всех типов оребрения, показал, что эта приближенная зависимость в исследованных пределах может

171

I Cnob s, I

5,

Р и с . V I I I . 2. С х е м ы т е п л о о б м е н н и к о в типа «слой — воз ­ д у х ( г а з ) » :

а — гладкотрубный; б — пластинчато-ребристый.