Тепломассообмен в потоке газовзвеси Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 66.021

ТЕПЛОМАССООБМЕН В ПОТОКЕ ГАЗОВЗВЕСИ А.И. Сокольский

Ивановская государственная архитектурно-строительная академия;

Ивановский государственный химико-технологический университет

Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым

Ключевые слова и фразы: критерии подобия; коэффициент массоотда-чи; коэффициент теплоотдачи; теплообмен.

Аннотация: Приведены экспериментально полученные данные по внешнему тепломассообмену в вихревой камере с восходящим закрученным потоком газодисперсной фазы. Экспериментальные значения коэффициентов тепломассо-отдачи аппроксимированы в виде критериальных зависимостей, применительно к вихревому аппарату с восходящим закрученным двухфазным газодисперсным потоком.

Закономерности процесса сушки влажного тела определяются одновременным протеканием ряда физических явлений переноса теплоты и массы: теплообмена между поверхностью материала и окружающей средой, испарением влаги с поверхности материала в окружающую среду, перемещением теплоты внутри материала.

Опытные данные по интенсивности тепло- и массообмена поверхности влажного материала с потоком сушильного агента обычно представляются в виде связи между критериями подобия, при этом основное из граничных условий записывается в форме уравнения конвективной массоотдачи

-о Iе = Р(С-С„) (1)

ап

и содержит коэффициент массоотдачи р, величина которого и определяет интенсивность массообмена поверхности влажного материала с потоком сушильного агента. В этом уравнении значения концентрации влаги в сушильном агенте С и

дС б -

градиента концентрации ----- по нормали к поверхности берутся на самой по-

дп

верхности влажного тела. Коэффициент Р входит в искомый критерий = Р , величина которого зависит от определяющих критериев: Re,Pr и др.

Явный вид связи между критериями подобия зависит от конкретных условий взаимодействия потока и поверхности.

Т очность вычислений существенно зависит от выбора корреляционных зависимостей для коэффициентов внешней тепло- и массоотдачи. Поскольку надежные данные по величинам коэффициентов а и Р в условиях сложной гидродинамической обстановки в вихревых аппаратах практически отсутствуют, приходится использовать имеющиеся в литературе данные, наиболее подходящие для ус-

ловий межфазного обмена в циклонной камере. Так по предварительным оценкам [2] для расчетов Р можно использовать соотношение

8И = 2е-1 (1 + 0,44Re0,5Sc0,33), (2)

где критерий Re определяется по относительной скорости газа и частицы; РЛ с V

ап = ^-; ас = —; е - порозность газодисперсного потока.

Отношение коэффициентов массо- и теплоотдачи для влажных материалов рекомендуется определять по соотношению:

р = ПЛГкпт{(П-Рпл )[(П + Рщ )ЛпС-ЛгрщСп]}-1. (3)

Согласно [2], проведенные эксперименты подтвердили справедливость приведенных выражений и полученные расчетные результаты использовались при расчете промышленной циклонной сушилки. Коэффициент теплоотдачи а определялся по корреляционному уравнению

№ = 2 (1 -т0,33 )-1 + 2 (1 -т) Re0,55 Рг0,33, (4)

где т - объемная концентрация дисперсной твердой фазы, фигурирует как некоторая эффективная концентрация в пристенном слое толщиной в одно звено V

т

т = —т—.

2РЛа dVГ

Применительно к дисперсным материалам при определенных условиях задача определения коэффициентов межфазного обмена может решаться как внешняя с использованием уравнений массоотдачи

эг

F Эг

и теплоотдачи

= P(C - с) (5)

^Э|г = а('г -'м ) . (6)

Для определения поверхности материала можно использовать метод опу-

щенного слоя. При проведении опытов одновременно отключают подачу твердой фазы и теплоносителя. Материал, находящийся в сушильной камере, опускается на дно аппарата, и с помощью термопар фиксируется температура материала. Затем продукт выгружают из аппарата и взвешивают. Поверхность частиц определяют по выражению

F=. (7)

d Рм

Далее составляют материальный и тепловой балансы и по выражению

а = —;----^-------г (8)

F('г -'м)(1 -е)

рассчитывают коэффициент теплоотдачи.

Учитывая аналогию между теплообменом и массобменом и решая совместно основные уравнения тепло- и массообмена, определяют коэффициент массоотдачи.

U, кг/кг

Рис. 1 Значение коэффициентов теплоотдачи в зависимости от конечного влагосодержания материала:

1 - tBX = 200 °С, L = 20,6 кг/ч; 2 - tBX = 150 °С, L = 26,8 кг/ч;

3 - tBX = 150 °С, L = 20,6 кг/ч; 4 - tBX = 200 °С, L = 26,8 кг/ч

b, м/с

U, кг/кг

Рис. 2 Значение коэффициентов массоотдачи в зависимости от конечного влагосодержания материала:

1 - ^х = 200 °С, L = 20,6 кг/ч; 2 - ^х = 150 °С, L = 26,8 кг/ч;

3 - ^х = 150 °С, L = 20,6 кг/ч; 4 - ^х = 200 °С, L = 26,8 кг/ч

При проведении по изложенной выше методике экспериментов на лабораторной установке вихревого типа нами были получены следующие выражения для расчета коэффициентов теплоотдачи:

Ми = 0,65Яе ехр (5,5ц - 3,88 + 0,005Яе), (9)

для расчета коэффициента массоотдачи

8И = 0,75Яеехр (11,8ц-6,88 + 0,012Яе), (10)

ц - расходная концентрация твердой фазы, кг/кг.

На рис. 1 и 2 представлены средние значения коэффициентов тепло- и массоотдачи при сушке дисперсных материалов в аппарате вихревого типа [1] со

встроенным турбулизатором потоков. Графики этих рисунков показывают, что при увеличении расхода теплоносителя Ь коэффициенты тепло- и массоотдачи возрастают вследствие увеличения относительной скорости движения фаз. Повышение температуры теплоносителя при одинаковом расходе несущей фазы снижает значения коэффициентов тепломассоотдачи вследствие изменения теплофизических свойств газа в зоне сушки. Расхождение опытных и расчетных данных, рассчитанных по приведенным выражениям, не превышает 8... 10 %.

Список литературы

1 Пат. 2245499 Российская Федерация. Устройство для термообработки материалов / Е.П. Барулин, А.И. Сокольский, С.А. Сокольский и др. - Опубл. 27.01.2005. Бюл. № 3.

2 Фролов, В.Ф. Моделирование сушки дисперсных материалов / В.Ф. Фролов. - Л.: Химия, 1987. - 208 с.

Heat-Mass Exchange in Gas-Solid Mixture Flow A.I. Sokolsky

Ivanovo State Architecture Construction Academy;

Ivanovo State Chemical Technological University

Key words and phrases: mass exchange coefficient; heat emission coefficient; similarity criteria; heat exchange.

Abstract: Experimental data on external heat-mass exchange in whirlwind chamber with ascended flow of gas-dispersible phase are given. Experimental values of heat-mass exchange coefficients are approximated in the form of criteria dependences related to whirlwind apparatus with ascended twirled two-phase gas-dispersible flow.

Wärmemassenaustausch im Strom der Gasensuspension

Zusammenfassung: Es sind die experimentell erhaltenen Angaben nach dem äußeren Wärmemassenaustausch im Wirbelkammer mit dem Wirbelstrom der gasdispersen Phase angeführt. Experimentelle Werte der Koeffizienten des Wärmemassenübergang sind als kriterialen Abhängigkeiten in bezug auf den Wirbelapparat mit dem zweiphasigen gasdispersen Wirbelstrom approximiert.

Echange de la masse et de la chaleur dans un courant du gaz en suspension

Résumé: Sont citées les données reçues expérimentalement sur l’échange extérieure de la masse et de la chaleur dans une chambre de turbulence au courant ascendant turbillonnaire de la phase gazeuse de dispersion. Les valeurs expérimentales des coefficients de transfert de la masse et de la chaleur sont approximées en vue de dépendances appliquées à l’appareil de turbulence au courant ascendant turbillonnaire à deux phases.