Библиографическое описание:

Каримов А. А., Мукольянц А. А., Жамилов А. Ф., Маликова Н. А. Некоторые аспекты изучения двухфазного фонтанирующего слоя в аппарате конической формы // Молодой ученый. — 2015. — №24. — С. 141-145.

 

Рассматриваются закономерности изменения скорости дисперсного потока по высоте конического аппарата.Изучен интенсифицированный кипящий слой для сжигания твердого топлива и разработана математическая модель для определения процессов интенсификации горения.

Ключевые слова: фонтанирующий слой, двухфазный поток, влажный материал, твёрдая частица,дисперсный материал, бурый уголь, сжигание топлива, теплообмен.

 

Использования местного сырья в энергетической отрасли Республики Узбекистан требует создание и внедрение отечественных технологий сжигания и газификации бурого местного угля, не уступающего по некоторым теплотехническим параметрам зарубежным аналогам. Эти в свою очередь требует проведения фундаментальных научных и экспериментальных исследований, а также разработки технологических схем и документов на проектирование.

В последние годы обработка твердых материалов в кипящем и фонтанирующем слоях привлекает внимание многих исследователей, и находит широкое применение в различных отраслях промышленности. Как пример, улучшение интенсивности сжигания низкосортного угля осуществляется в смешанном фонтанирующем кипящем слое (ФКС). В работах [1;2] приведены результаты гидродинамического исследования первой критической точки процесса фонтанирования для двухфазного потока. Несмотря на проведенные многочисленные экспериментальные исследования, ещё не раскрыта сущность распределения скорости газа с насыщенной твердой фазой в горизонтальных сечениях ФКС.

Известно, что с началом фонтанирования объём слоя увеличивается, а перепад давления начинает уменьшаться до скорости стабильного фонтанирования [2].

Целью данной работы являлось определение закономерности изменения скорости дисперсного потока по высоте конического аппарата. Экспериментальные исследования проводилось на опытной установке, созданной авторами.

Расходы и скорость потока измерялись при помощи прибора Testo 405-V1. Перепады давления в сечениях камеры в коническом аппарате измерялись при помощи многодиапазонного дифференциального микроманометра с наклонной трубкой ММН-2400. Изменение расхода воздуха обеспечивалось при помощи регулятора расхода, установленного после вентилятора. Перепад давления измеряли на входе и на выходе аппарата.

Для эксперимента в качестве твёрдых частиц использовали семена подсолнуха влажностью в пределах 10...30 %, масличностью 40…49 %, истинной плотности семян в пределах 690–760 кг/м3, насыпной плотности в пределах 380–460 кг/м3.

Высота насыпного слоя дисперсного материала изменялась в пределах 10…20 см. Результаты серии экспериментов дали возможность определять зависимости изменения скорости (по слоям через каждые 10 см аппарата) от перепада давления. Обработанные математическим методом наименьших квадратов данные представлены в таблицах 1,2,3 из которых видно, что до начала фонтана в нижней части сечения скорость потока пульсирует, а по высоте потока она мало меняется. При устойчивом фонтанировании скорость по всем сечениям аппарата начинает увеличиваться, а перепад давления мало меняется.

 

Таблица 1

Изменение скорости потока (воздух + семена подсолнуха) от перепада давления по сечениям аппарата. Толщина слоя 19 см, влажность материала — 30 %

P, Па

V0,м/с

V1 сечения, м/с

V2 сечения, м/с

V3 сечения, м/с

V4 сечения, м/с

V5 сечения, м/с

V6 сечения, м/с

23–25

20–25

22–23

24

24

24

0,98

1,11

0,96

0,96

0,96

0,96

1,39

1,03

0,076

0,19

0,008

0,01

33–37

1,3

1,36

0,8

0,06

0,01

-

-

55–57

1,91

2,26

1,32

0,07

0,13

0,04

-

Начало фонтанирования

90–110

2,96

2,32

3,41

0,21

0,25

0,06

-

После фонтанирования

80–90

3,84

4,15

2,6

0,47

0,42

0,32

0,17

90–100

4,38

5,44

3,22

0,5

0,45

0,26

0,31

 

Таблица 2

Изменение скорости потока (воздух + семена подсолнуха) от перепада давления по сечениям аппарата. Толщина слоя — 10 см, влажность материала — 30 %

P, Па

V0,м/с

V1 сечения, м/с

V2 сечения, м/с

V3 сечения, м/с

V4 сечения, м/с

V5 сечения, м/с

V6 сечения, м/с

20

1,35

1,89

0,09

0,06

0,01

0,01

-

29–30

1,77

1,88

0,19

0,11

0,1

0,06

-

45

2,01

3,18

0,17

-

-

-

-

50

2,01

-

-

0,05

0,02

0,02

-

60

2,62

3,16

0,08

0,22

0,06

0,03

-

70

3,03

3,59

0,12

0,02

0,01

0,01

-

80

2,73

3,21

0,2

0,01

0,06

0,04

 

Начало фонтанирования

90

2,6

3,4

-

-

-

-

-

После фонтанирования

60–50

2,6

-

1,42

-

-

-

-

50–60

2,6

-

-

0,75

0,53

0,7

-

70–80

7,09

5,66

-

-

-

-

-

60–80

7,09

-

5,26

-

-

-

-

60–70

7,09

-

-

4,67

3,4

3,15

-

 

Таблица 3

Изменение скорости потока (воздух + семена подсолнуха) от перепада давления по сечениям аппарата. Толщина слоя — 10 см, влажность материала — 10 %

P, Па

V0, м/с

V1 сечения, м/с

V2 сечения, м/с

V3 сечения, м/с

V4 сечения, м/с

V5 сечения, м/с

V6 сечения, м/с

25–30

30–33

33–34

1,61

1,61

1,61

1,13

0,31

-

0,12

-

0,08

-

0,06

-

0,45

35

1,56

2,03

0,25

0,08

0,04

-

-

Медленное фонтанирование

40

2,66

2,42

0,72

0,57

0,39

0,3

0,21

После фонтанирования

30–40

2,89

3,33

0,92

0,33

0,38

0,25

0,19

 

График зависимости изменение скорости потока от сечения аппарата при различных давлениях представлен на рисунке 1 (а, б, в, г).

а) P = 20–25Па

 

б) P = 33–37 Па

в) P = 55–57 Па

г) P = 90–100 Па

Рис. 1. Зависимости изменения скорости потока от перепада давления по сечениям аппарата

 

Из графиков видно, что большая часть кинетической энергии тратиться в начальных нижних сечениях. Из-за большого сопротивления дисперсного материала в верхних сечениях кинетическая энергия очень мало меняется.

Закрученные течения потока жидкости и газов наблюдается во многих явлениях природы, и часто используются в технике (циклоны, торнадо в атмосфере, водовороты, отрывные течения, теплообменные аппараты и др.). В технических горелочных устройствах закрутка потока формирует, стабилизирует пламя и интенсифицирует процесс сжигания смеси топлива и воздуха.

При выводе уравнения движения и неразрывности для взаимопроникающих и взаимодействующих фаз смеси в области течения принята модель Х. А. Рахматуллина

(1)

, (2)

где - вектор скорости частиц - ой фазы смеси;

; - угловая скорость - ой частицы смеси ;

- приведенные и истинные плотности -й фазы смеси;

- объемная концентрация -й смеси;

- коэффициент взаимодействия фаз.

Обработка результатов экспериментальных данных методом наименьших квадратов даёт функциональную зависимость в виде поленома

, (3)

где:а,b — экспериментальные коэффициенты, зависящие от перепада давлений.

Фонтанирование зависит как от толщины слоя, так и от влажности твердого материала. С уменьшением толщины слоя и влажности материала гидродинамическая интенсивность ФКС увеличивается. Визуальные наблюдения и фотосъемка за движением частиц показывают, что вращаясь вокруг оси аппарата, частицы материала поднимаются и опускаются вниз, составляя строцифированный слой, т. е. по слоям твердые частицы как бы дышат. Подъём и спуски твердых частиц, т. е. интенсивное перемешивание происходит в интервале времени 0,892–0,959 сек. Некоторые относительно легкие частицам уносятся из аппарата, но в очень малом количестве.

Надо отметить, что гидродинамические исследования проводились с окружающим воздухом при температурах, которые изменялись в пределах 15÷30 0С. При этом, выявлен процесс осушения влажного материала. Это говорит о том, что во время фонтанирования за счет активного гидродинамического режима теплообмен протекает весьма интенсивно. Влажность материала уменьшалась в среднем до 10 %. Кроме того, твердые частицы из-за столкновений между собой и о стенку раздроблялись.

Таким образом, использование конусообразного аппарата и создание ФКС дает возможность интенсифицировать гидродинамические и теплотехнологические процессы.

 

Литература:

 

  1.                Бабаходжаев Р. П. Исследование процесса микрофонтанирования в интенсифицированном кипящем слое для сжигания низкосортных углей. // Сб. докл. VII Всеросс. конф. «Горение твердого топлива» (с международным участием). Часть 2.- Новосибирск, — 2009. С.15–19.
  2.                Бабаходжаев Р. П., Каримов А. А., Шакиров А. А. Гидродинамические исследования двухфазного фонтанирующего слоя в коническом аппарате. // Ж. Вестник ТашГТУ. № 3–4 2009. С. 29–82.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle