В статье исследуются разработанные аналитические зависимости по определению значения сопротивления слоя, критической скорости и скорости витания в зависимости от толщины слоя и влажности для модельных материалов.
Ключевые слова: интенсифицированный кипящий слой, подъемная сила, скорость витания частиц,модельные дисперсные материалы, газовзвесь, диффузорная камера.
Частицы многих дисперсных материалов, подлежащих к тепловой обработке, имеют форму, значительно отличающейся от шарообразной. Наличие градиента скорости в поперечном сечение потока, а также ряд других причин приводят к интенсивному вращению летящих частиц и распределению их с различной концентраций по сечению камеры. Столкновения частиц других с другом и об стенку камеры также оказывают существенное влияние на характер движения газовзвеси.
Для вышеуказанных условий тепловой обработки дисперсных материалов были получены экспериментально подтвержденные аналитические расчетные зависимости [1]. Однако оценить погрешность, получаемых за счет сделанных допущений при расчете интересующих величин в интенсифицированном кипящем слое для целого ряда материалов весьма затруднительно
Относительная скорость газа и материала всегда больше чем скорости витания Vв. На характер движения частиц оказывают влияние конфигурация камеры и сила взаимодействия, возникающих между самими частицами.
Целью настоящего исследования является определение степени адекватности разработанных аналитических зависимостей по определению значения сопротивления слоя, критической скорости и скорости витания в зависимости от толщины слоя и влажности для модельных материалов типа семена подсолнуха, пшеницы и гороха.
Для достижения поставленной цели была создана экспериментальная установка, состоящая из рабочей камеры конической формы, изготовленная из органического стекла для визуального наблюдения за гидродинамическими процессами. В рабочую камеру воздух нагнетался при помощи напорного вентилятора.
Значения плотности газа ρг и его кинематического коэффициента вязкости υгпринимались постоянными.
Из условия равновесия подъемной силы и силы тяжести частицы для частицы с шарообразной формой имеем:
(1)
где d — диаметр частицы материала; D — диаметр камеры; Vв — средняя скорость витания частиц материала; S — поперечное сечение камеры; 
- плотность газа и материала;
Уравнение (1) для частиц с неправильной формой имеет вид:
(2)
где:
(3)
Ф — фактор формы твердой частицы, для куба Ф = 0,806, для цилиндра Ф = 0,96, для диска Ф = 0,32, для шара Ф = 1; Fшар — поверхность шара; V — общий объем, занимаемый зернистым слоем; V0 — объем занимаемый частицами.
С учетом (3) уравнение (2) запишется по следующему:
(4)
Откуда, выражение скорости витания определяется как:
(5)
или
, (6)
где: di — расчётный диаметр.
Экспериментальное исследование проводилось в камере диффузорной формы (рис.1) с созданием интенсифицированного кипящего слоя [1].
Рис. 1. Камера диффузорной формы
Результаты экспериментов с семенами зерновых культур (семена подсолнуха, пшеница и горох) дали возможность определить график зависимости изменения сопротивления слоя от скорости воздуха которые по характеру соответствуют результатам исследования, приведенными в работах [1; 2; 3].
Анализ и обработка полученных данных дали возможность получить зависимость критической скорости Vкр и давления ∆Р от толщины слоя — h0 (рис. 2и рис. 3), где видно, что критическая скорость, т. е. соответствующая минимальной скорости начала фонтана дает возможность получать математическую зависимость.
Рис. 2. Зависимость критической скорости газов Vкр от толщины слоя пшеницы h0.
Рис. 3. График зависимости ∆P от h0 пшеницы
Обработка полученных результатов позволили получать нижеследующие математические зависимости для модельных материалов.
Необходимо отметить, что с повышением начальной влажности W более чем 30 % относительный перепад давления резко увеличивается. Это связано с повышением массы частиц от влаги.
Рис. 4. График зависимости изменения критической скорости Vкр от влажности зерна W. (точки — экспериментальные значения, сплошная линия — теоретические данные)
Изменение критической скорости от влажности пшеницы (рис.4) также можно аппроксимировать по следующему:
(7)
где: а, b — экспериментальные коэффициенты, зависящие от толщины слоя зерна, например, для толщины слоя h0=100 мм 
=0,641, b=0,0089.
Таким образом, полученные результаты исследования модельных дисперсных материалов в интенсифицированном кипящем слое дают возможность оценивать затраты энергии в начале тепловых процессов (сушки, газификации, горения и др,) на определенную производительность продукции и выбрать вентилятор.
Литература:
- Бабаходжаев Р. П., Каримов А. А., Шакиров А. А. Гидродинамические исследования двухфазного фонтанирующего слоя в коническом аппарате. // Ж. Вестник ТашГТУ. 2009. № 3–4. С. 29–82.
- Шакиров А. А., Мирзарахимов М. П., Юнусова З. Х. Исследования движения жидкости через пористую среду // Ж. Химическая технология. Контроль и управление. Ташкент. 2007, № 5. С.24–27.
- Бабаходжаев Р.П, Шакиров А. А., Каримов А,А, Пулатова Д. М. Движение твердой частицы в восходящем потоке газа в камере сгорания конической формы. //Проблемы информатики и энергетики. Ташкент. 2012. № 1. С. 45–48.
