автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Влияние конструктивных и режимных факторов на пульсации давления в аппаратах с неоднородным кипящим слоем

УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА ПУДОВОГО КРАСНОГО ШАШНИ 1ЩИТЕХНИЧЕСКИЙ • : ИНСГИТЛЫш. С.М.КИРОВА

Ь5УДРЕГШССО Алексей Васильевич

ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕташх ФАКТОРОВ НА ПУЛЬСАЦИИ ДАВЛЕНИЯ В АППАРАТАХ С НЕОДЮРОДиМ! КИПЯЩИМ СЛОЕМ

Спепягигьность 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

Автореферат

диссартадаа на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Екатеринбург 1991

Работа выполнена на жафздре и в проблемной научно-исследовательской лаборатории промышленной теплоэнергетики Уральского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института имени С.М.Кирова, г.Сверушвск.

Научный руководитель - .Заслуженный деятель науки и техники

РСФСР, доктор тэхничесхих наук, профессор БАСКАКОВ А.П.

Ойнщгльние оппонента: доктор технических наук, профессор

БйИ1 Б.В.;

кандидат ¿ехнических наук, старений научный сотрудник СКАЧКОВА С.С.

Ведущее предприятие - Институт тепло - и «ассообмеца имени

A.B.Лыкова АН БССР.

Защита состоится "1991 г. в J6 ч 6>ö шш. на заседании специализированного совета К 063.14.09 при тегио-энаргетичэскоы факультете Уральского политехнического института пм. С.М.Кирова по адресу: г. Екатеринбург, ул.Мира, 28, У ПИ, корпус Я В, ауд. J-.Z/2

С диссертацией кояно ознакомиться в библиотеке УШ. Отзкв б одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, на -правлять го адросу: 620002, г.Екатеринбург, К-2, УПИ вы. C.U.Кирова, ученому секретари института,

Автореферат разослан /УОУ^*" . 1991 г.

Учений секретарь

/' .4А

специализированно го совета ^ (/ /х^ ВАСАНОВА Л.К.

кандидат технических туи, допоит

стая ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТЫ

Установки о псзздоо^епйкнкы слосц широко распространены в различных отраслях проызплензостп. Обычно на

практике реализуется неоднородный резвы ожяезяия, когда в слое возникают пульсации давления, порозности и других параметров. Эта пульсации йогут играть как яолокягельнув, так и отрицательную роль в зависимости от требований, прздъявляащх к тахполбгичсско-ыу процессу. Б определенных условиях она могу* приводить к появлению циклических нагрузок на элементы конструкция аппаратов и их разрушению, провалу иелкодяспэрского цагв риала. под газораспределительную раветку, усиленно шбросоэ ■частиц материала из установки. Поэтому весьма актуальным прэдстазляется изучение закономерностей развития пульсаций давления в псёвдоопшенноы слое и , поиск путей влияния на их интенсивность.

Работа выполнена в соответствии с' целавой комплексной программой ОЦ.008 (раздел "Энергия''), утвзраделноВ ПШТ. Гоопланш а АН СССР'12'декабря'1980 Г. за й 474/250Д32.

Дель работы. Исследование амплитудных а частотных характеристик пульсаций давления в различных точках псевдоовикенного слоя и в педрешеточной камере установки с псевдооянненнш слоем.

сации давления в пузырьковом .кипящем слое. Опрзделены скоростные границы перехода пузырькового рзтама псевдоокшения в турбулентный. Экспериментальные данные по амплитуде пульсаций сопротивления слоя обобщены критериальной зависимостью, учитывающей пара-Петры ожижения п геометрические размеры аппарата,

Аналитически получена и экспериментально подтверждена зависимость, описывающая связь пульсаций давления а псовдооотхонлом

Конкретизированы причины, .вызывающие пуль-

слое а в подрешзточной камере. Определены условия возникновения провала мелкодисперсного материала под газораспределительную ре-аегку, связанного с пульсациями давления.

Получекн экспериментальное данные о характере и размахе пульсаций скорости оикення и перепада давления на газораспредепь тельной решетка.

Практ"пдстая,.цо1^од,гь, Результаты асуадованяя, ковкреткза-ружщае примкни возникновения пульсаций давления в различных чае-тяге аппарата с псевдооазкеншм слоек, позволяет рассчитывать глак-егмалытыа нагрузгж на элементы консгр^кцгв аппаратов» проектировать газораспределительные устройства, пеглэтазкке провал мелкодисперсного материала под решетку, вибпрать регаты псевдоогпяз-зея в характеристика хааораспрвделягедэй, обеспечивающих наиболее равномернее огиЕешю. '

Реетз рпчя бо?н« Материалы дассарт£ца.онно2 работы попользованы при разработке аппаратов с псевдоогнкзкным слоем .для па-граза под закалку и огнагденля металлических пздзлкй.

Автор з§адаег:

- результата исследования механизма пульсаций даЕленпя в ре-силе пузырькового дооедоэкеезеня;

- результаты исследования амплитудных и спектральных характеристик пульсаций давления в различных точках аппарата с псев-доокияешшн слоем; '

- рзьудьтаты корреляционного анализа.пульсаций сопротявле-ш слоя и давленая б подрешеточной камере.

/ггоэбация работы. Основные результаты диссертационной рабОг-ты докладывались к обсуздались на . научно-технической конференции молодых ученых Урала "Проблем теплотехника металлургических процессов а агрегатов", Свердловск, 1935; научно-технической

конференции "Прогрессивные процессе а прочитанной тедясэнергатз-кв", Свердловск, 1984; научно-технической конфзрзшсш "Сжигание и газификация .тверда^ томив в кшшшзм слса", Свердловск, 1985; на УШ научво-гехничаской конференция УПИ "Оптимизация л создание ресурсосберегающих (безотходных технологий в химической промшленяо-сти и теплоэнергетике", Свердловск, 1938; Всесоюзной конференции "Техника певвдэоаикевия и перспективы еа развитая", 1енинград, IS88; на П научно-технической конференции ТЛИ, Свердловск,1990.

Рубяикдгэдц. Основные полозения диссартацяя отражены в 10 пе-чатннх работах.

Объем ц структура работа. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заклотенкя, библиографии и прилогзяпй. Объем работа 189 е., яз квх основной текст III е., вкяотая 2 таблицы а 51 рисунок, библиография из 108 наименований я 17 с. прилогзняй.

ОСНОШСЕ СОДЕРПНИВ РАБОТЫ

СОЗРШЕННЩ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПСШНОШ.

ШЗЛЕДОШЕИ

Анализ лота рагу рныг данных показывает, таа исследователи выделяют несколько причин, вызывающих колебания параметров слстемз в реааыах ЕеоднородЕСГо лсевдоогляения. Однако зачастую все многообразие механизмов'пульсацаЯ сводится к какому-либо одному. На определена граница, в которых катздай механизм пгразт главенствующую роль._ _

Существуем больной объзм данных - по частотным характеристикам псевдоояаквншх сястеы. Исследователи предлагая® не сколько аналитических а шлуэмггарическях формул для определения оснозвой частоты, результаты расчета до которым существенно отличается друг от друга. В то se вреия очень ¡дало данных по абсолютным вв-

личинам колебаний давления в слое, недостаточно наследованы распределение давления во его высоте в ре гаме неоднородного оедга-ния и связь пульсаций давления в различных. точках цсевдоотокенно-го слоя.

На основе проведенного литературного обзора были поставлены следующие задача исследований:

1. Конкретизировать основные причини, вызывающие пульсация давления,- а оценить вклад кавдой из них в развитие нврашюмерности поевдооаааения.

/

2. Определить параметры, аяияшяе на частоту и амплитуду пульсаций давления в слое,и найти конхрвтвий ввд зависимости э^ях параметров от условий озсиезния.

3. Исследовать изменение интенсивности пульсаций давления в большем интервале скоростей ожиканяя вплоть до скорости витания.

4. Исследовать связь пульсаций давленая в различных точках слоя и в подрапеточной камера.

- ' ЖСПШМЕНТАДЬН® ОБСВДОВШЕ И МЕГСЩЩ. ПРОШЕНИЯ . ИССЛЕДОВАНИЙ

Эксперименты по изучению пульсационвнх характеристик псевдо-ояикзнного слоя проводились' ш нескольких лабораторных ашаратах. Ыаксямалыше размеры имела круглая установка диаметром 250 мм.ми-нимаяьннв - плоская 255x20 км. В конструкциях аппаратов предусматривалась возможность'изменения'объема подрететочной камеры заполняя ее водой либо' подюшчая дополнительдае газовые емкости.

Б аппаратах использовались перфорированные газораспределительные решетки с отверстиями диаметром от 0,5 до 5,8 мм и проходным сечением у> от 0,22 до 31,2?. Решетки изготовлялись из металлического или текстолитового листа. Для предотврааения провала мел-

кодисперсньх частиц в подрашаточнув камеру отверстия рашвгяв затягивались металлической сеткой.

Слой мелкодисперсного материала высотой 150*450 юл окикался воздухом комнатной температуры. Расгод охигзотего газа измерялся стандартными диафрагмами или ротаметрами» установленными на подводящем трубопроводе. Эксперименты проводились о узкими фракциями мелкодисперсных материалов: глиноземом ¿4 » 73 мкы, стеклянными шариками с1я « 600 мкм я корундом о диаметром частиц от 120 до 800 мкм.

Давление измерялось гензоме'грачвсяЕУИ датчиками» сигналы о которых поступала а информационно-измерительный комплекс К732, связанный с ЗШ ДЗ-28, Измерительная система дозволяла производить синхронный опрос несколька*. датчиков с частотой до 130 Гц а последу аду о математическую обработку результатов. С псмоэдю осциллографа Е-338 процесс изменения давления ыосто было записывать в виде осциллограмм.

В качестве количественных характеристик интенсивности пульсация использосалгсь значения среднего Р п экстремальных Ртал , Рщт давлений, относительного средиквадратичнагэ отклонения а основной частоты пульсаций давления . Основная частота Ц, определялась по энергетическому спектру, рассчитываемому методом быстрого преобразования Фурье. Связь дааду пульсациями давления з различных точках аппарата оценивалась по нормированному коэффициенту взаимной корреляции Л.

Система измерения и обработка данных обосзочявяла расчет статистических характеристик процесса со следующими глаксимальнами погрешностями: прз определении среднего значения Ь ~ 0,02; при определении среднеквадратичного отклонения 6 = 0,07; при

расчета коэффициента взэимео2 корреляции 6 =0,01; при'расча-та ооставляадай энергетического спектра <5 = 0,С6.

РЕ37ЛЫ4.Щ ЖШРШЕНГАДНОГО ЕССЖДОЗАЕНЕ

С переходом в ракам неоднородного асеацоогикетшя давление в слое начшаег пульсировать вокруг среднего значения Р , равного гидростатическому давлению столба материала ели гидравлическому сопротивлению слоя, находящегося на пределе озикения

Этим уравнениям ооответогаует ланая I на рио.1. Эксперименты по

изучению изменения давлений при движении одиночного пузыря в реальной псевдоотажзнном слое показала, что падаете давления наке среднего вызывается в основной локальным уцаньшнази высоты столба материала, а,, следовательно, и его гидростатического давления за счет образования каверны на поверхности слоя после раскрытая газового пузыря. Если вертикальный размер пузыря Л , то

Отп = £-¿>9^6 • <2)

Моделированием двиквния пузыря методом эяектрогадродивами-ческой аналогии установлено, что давление мозет упасть низз этой величины за счет растечки газа через полость, свободную от гвер-

_ —'

М- —

* Л ' V

\

V V V

оЦМ • Ч .ъ А

? 0,05 Л' * Л \ ° 1 .1 Ч »°\ 1 ® .

6\кПц'1 О г 4- 6 Р,кПа

Рис. I, Схема изменакия давления но высоте слоя. Точка -данные эксперимента. Ни ~ =» 300 ми; йи =» 120 мкм; Ы -= 0,36 м/с

дах частиц а случае, если выполняется усяоззе Э£/Н>С,732 . Последнее условие реализуется только в очень мелких слоях ила при поршневых ракиках озшпоная. Поэтому в подзвляюаац большинстве случаев иинкмальноз давление будет определяться выражением (2). 1шия изменения минерального давленая по васоге поовдоогижвпвого слоя (2, рас Л) располоетгся няга грзфгка среднего давления 'а параллельно ему, а с высоты А = оно становится рзвкгз давлении над слоек.

Одновременно о уменьшением давления под рзсэгкой оно надает и под ней. Сдс.1 под возде&жзгзй силы ?якес?а оседает па рзвзтву. Скорость продунгл: елся кра эгса нкз ' поэтому твзрдае час-

тица на псевдооЕптаны и порозносгь слоя скитается до значзтшя <§0. Оашаемый газ какаплпсззгся и иохрвяжочхой кзцерэ а даалепаэ в ней начинает растэ, а скорость продувши слоя быстро восстанавливается до среднего зяачекся . Благодаря мерцая твердых частиц структура сдоя з первое врэкя остается нз'изибнноЗ ара скорости , а его"сопротивление возрастает выше ' . поскольку

р -к (¿о)%7(н-к)>к се0)ьгк (н-м). сз)

Графак-функции Р-/(к) , удовлагворявдой уравнению (3),на рис.1 пойдет, полога, чем Р (Ы) .

Под воздействием избыточного давления материал в вида поршня начинает, подниматься вверх,- образуя над решеткой газовую прослойку, давление в которой постоянно. К моменту достиешний давлением под слоем максимальной величины Р1Паж верхняя я никпяя границы слоя оказсутся на расстоянии Н+Н1 а А, от газораспределительной решетки соответственно. Поэтому линия графика Нпах~ -£() на рис.1 смостигся.вверх.вдоль оси А .

Верхняя граница газовой прослойки неустойчива. Из нее образуется газовый пузырь, который поднимается и, раокрываяоь на поверхности, вызывает падение давления до минимума. Цикл повторяется.

Очевидно, что график изменения среднеквадратичного отклонения давления по внеоге слоя будет иметь три перелома по высоте: в точках ; к- и Ь = И , По ::ерв удаления от газо-

распределительной решетка до высоты интенсивность пульсаций

будет расти, а выше - падать (линия 4, рис.1).

»

Анализ Литературных данных и результатов экспериментов показал, что ара «алых скоростях окиганая амплитуда пульсаций давления над решеткой малого сопротивления зависит от следующих факторов: избыточной скорости оаикения С^ ~ Ь?*) , определяющей расход газа в виде пузырей, плотности слоя /> , ускорения силы гл-езсти о , высоты псевдоокиЕзнваго слоя Н и отношения объеиов сдоя и подрешегочной каиарн Уп /Ус - Если размеры сечения слоя соазшзршш с его высотой еле аначпгольпо больше ее, го другие факторы ара рззномарлом газораспределении не влаявт на величину амплитуда пульсаций Дг. 4

Цутем обработка экспериментальных данных в .соответствии сЗТ-теоремой теории размерностей получена зависимость вида

^ (4)

• [ д И, I Ус / У ,

Яг

А9Ъ 1 9

которая хорошо опиетвает изменение амплитуда пульсаций давления в интервале от критической скорости окиавния до скорости

начала перехода в турбулентный рекам *ыа , соответствующей максимальной интенсивности пульсаций.

Результаты экспериментов доказала, что значения скорости оет-К8ния, соответствующие наибольшей интенсивности пульсаций, хорошо

аппроксимируется формулой

а,-

Превышение скорости газа сверх ^h меняет характер ожижатая. Система газ-твардыа частики становится более однородной. Coot зетсгвенно начинает уменьшаться интенсивность пульсаций давления (рис.2.).

Переход от одного режима оаихения к .другому происходит по разному з слоях частиц различного диаметра (рис.2). Крушоцисперснне материалы с диаметром мм проходят все стадии отатения от хаотического прорыва мелких пузырей чзрез плотную фазу при малых избыточных скоро* (ъг-потях до развитого режима турбулентного ожижения. К моменту начала интенсивного унооа амплитуда пульсаций давленая значительно сватается.

0,6 0,2

Ж 1 3 1

¿а РЙ Я i Ja ГШ

Рис. 2. Интенсивность пульсаций давления в слое. 1,3,4 - точки условно не показаны. I- а»» 73 мкм; 2-120 мкм; 3-400 мкм; 4-800 мкм; 1а+4а - области скоростей уноса

Чем меныае диаметр частиц, тем при меньшая (относительно ъХп ) скорости начинается их интенсивная вынос аз слоя. В слое частиц корунда c(v » 120 мкм (для них » 1,7 м/с) максимум пульсаций давления достигается ира скорости ЪХ » 1,4 м/с» а ■ унос становится заметным при U?* I м/с. К моменту начала-интенсивного уноса даже внесна слой выглядел как обычный пузырьковый.

Сравнение формулы (5) с интерполяционной зависимостью Тоде-

са для определения скорости витания частиц

ь = -.

6 г в +о,б/Дг такке показывает, что в диапазоне малых чисел Архимеда скорость витания меньше, чек скорость начала перехода в турбулентный режим ъг„ ,

Существенное влияние на интенсивность пульсаций давления оказывает подрешегочная камера. При большом ее объеме и калом сопротивлении реаегкв рд Н пульсации давления приобретала типичный характер автоколебаний. В середине сечения аппарата на поверхности слоя регулярно выходила крупные газовые пузнра. Перед их проравоы высота слоя значительно увеличивалась по сравнению с высотой слоя на пределе эюжения. В результате прорыва пузыря набладались'модные выброси материала, а затем основная касса частиц оседала на решетку.

йнгенсивкость пульсаций: давления по мере увеличения скорости охиезеия быстро росла, прачек график в/р =/(ЪГ) имел ярко выраазнннй каксииуы или перелом (кривые 1,2,3, рас.З) задолго до достижения скорости ЪГл Величина максимума и его положение относительно оса ординат определялись объемом подрешеточаой камеры. Экстремум или перелом кривой В'/Р С'иГ- ) соответствует скорости огияения, при которой автоколебания начинают зкроздагься, что связано с ростом сопротивления решетки при увеличении скорости оааиення. Прз опрздалевЕой скорости оно достигаем величины, соизмеримой с сопротивлением слоя л Рр ~И . Увеличивается степень демпфирования решеткой колебаний давленая, и влияние додрздшгочной камеры ва процессы, происходящие-в слое, ослабевает.

Наиболее равномерное оттаяно о пузырями малых размеров и большим числом зон их яыходэ наблюдалось при значительном сопротивлении газораспределительной решетки. Величина относительного среднеквадратичного отклонения давления & /Р в этом случае возрастала кжотонно без экстремумов (4,5, рис.3).

Связь пульсаций дав-ленияв.слое и подрелето-чной камера подтверждается высоким значением коэффициента их взаимной корреляции. Зо всех экспериментах он колебался в пределах Л = 0,83+0,97. Аналитически определено, что амплитуды пульсаций давления в подреивточной камере н слое связаны зави-

1,0

яс. 3. Интенсивность пульсаций дав-ения з слое. 2-4 - точка условно нз

оказаны. Ни

юл;

120мкм.

Относительный объем поярешеточ-5й камеры УГпГЧЬ- • 1,4 - 12,01; -5,28; 3-2,5. Проходное сечение те- а _ >гки ср ; 1,2,3 - 6,8,?; 4 - 0,22,?* "

В реальных условиях ,как правило.

симостыо

*мчнт

(оМп/ЯГ?

(*; - ) »

.Тогда последнее выражение пер-зпашегся в

Яг

кр

Кг

т

Давления в слое ц в подреше точной камере колеблются со'сдви-,1 по фазе, 'определяемым вараазнием

Пульсаций давленая в слое могут приводить к провалу частиц мелкодисперсного материала в подрзшеточную камеру в аппаратах большого сечания. В них пузыри могут выходить на поверхность в нескольких кастах независимо друг от друга. Соответственно давление в слое на уровне решетки а разных частях аппарата колеблется несинхронно вплоть до появления противогазных пульсаций. Но в подрепеточной камере, свободной от твердых частиц, давление пульсирует синхронно во всех точках. Таким образом, в слое с большой плэаадьв сеченая пульсации давленая над и под ре.геткой на отдельных участках могут оказаться а протизофазе а мотет возникнуть обратный поток газа в подрешеточную камеру. Гарантией отсутствия провала частиц в этом случае мочег быть выполнение условия, когда даяа в нротивофаэе давление над резеткоЯ не будет превышать давление под ней. Это возможно, вела перепад давления на газораспределительной решетке в любой момент времени борьпа суммы амплитуд пульсаций давления в слое и под ре леткой

г Рр > ¿1 * Яг

С учетом (4) г (6) это выражение приводятся к вид?

7

г(в ~в> ундНн)

откуда дагко определить минимально возможное значение коэффициея та гидродинамического сопротивления решетки , при котором отсутствует провал мелкодисперсных частиц в подрешеточную камеру

В аппаратах с псевдооягаженннм слоем пульсирует не только швлоние, но и скорость ожакеппя и перепад давления на газорас-1роделптелыюй решетке.

Экспериментально установлено, что колебания скорости ожита-1ия происходят почтя протпвофазно о пульсациями давления в слое. 1ииимуы расхода сжигающего агента соответствует наименее оаикен-юыу состоянию слоя, когда давление приближается к максимальной !вличине. Мгновенная скорость очищения начзназт расти с началом ¡витания кассы твердых частиц вверх. Возрастание скорости окихе-:ия до максимума вызывается снижением сопротивления ясевдооотяек-¡ого слоя в момент выхода пузыря гл поверхность.

Перепад давления на газорзспрздвлагаяыгаЭ реязтко пульсирует ппхропно с давлением в слое, а амплитудная'величина его пульса-Вй соизмерима с сопротивлением слоя и намного превышает сопротивление "сухой" (без'.материала) решетки. Средняя величина перепада е соответствовала значениям гидродинамической характеристики сухой" реиетки и превышала ее примерло на постоязшую величину, ззависиыо от интенсивности ожижения.

Пульсации перепада связаны с периодическим.уплотнением матэ-пала слоя после выхода очередного газового пузыря и падением дав-

зиия в слое и под решеткой. Теперь, для того, чтобы струя они®>

него газа могла прорваться из подрешеточной камеры, она долгам ре одолеть дополнительное сопротивление, связанное с перераспрз-злением потока вблизи отверстий газораспрецелительной решетки. 2 счет дополнительного сопротивления-увеличивается максимальное мчение перепада давленая на решетке. Минимальная величина нереида соответствует гидродинамической характеристике "сухой" ре-!тка..

Сравнительные эксперименты с обычной перфорированной решет-:П и решеткой, обсспечпвапдей равномерный подвоз газа по всему

Ï6

сечении (aпалот пористой плиты) показали, что при одинаковых гидродинамических характеристиках амплитуда пульсаций перепада давления на перфорированной решетке значительно выше.

Одним аз параметров, характеризующих качество оеикания, наряду с амплитудой является основная частота пульсаций давления.

Характер пульсаций давления в слгз мелких частиц 23 мяы) существенно зависел'от скорости огакения. Лри невысоких скоростях они происходят в строкой полосе частот. Например, в случае, представленной на рис.мощность пульсаций по^ти равномерно рзспрэ-делена в интервале 4*6 Гц. С ростом скорости оеиезнея на спектра зыделяззтся два пика» соог-ветсгвушие основным частотам. Болзс модные пульсации приходятся на низкую частоту..Амплитуда пульсаций достигаем максимума при скорости osasesas 0,33-:-0,35 м/с. При это:,; на спектре четко выделяется только один пик мощности. С дальнейшим ростом скорое 12 до 'Щ п 'выше --.величины спектральных составляющих падаат. Однако форма спэктра а значение основной час-готы yss остаются неизменными. • , •

По внешнему виду описываемые спектры совпадает со спектрами • частот-пульсаций давления а слое еодыпродуваемой воздухом (рзс<4,(

Визуальные наблюдения показали, что при низкой скорости продувки s 0,18 ы/с крупных пузырей в слое жидкости йе образуется. Отрываясь от газораспределительной решетки,мелкие'пузырьки газа, не сливаясь друг с другом, поднимались к поверхности, а в слое формировалось устойчивое циркуляционное двинение. Мощность пульсаций давления была равномерно распределена по всей ширине спектра •частот.

При большей скорости .fer = 0,45 м/с в районе решетки образовывались два устойчивых вихря. Подхватываемые ими, мелкие.пузырьки сносились в центр -установки, где по мере подъема объеди-

0,8 0,4 ¿7

8,0 6,0 V? г.а

к* Ъ7=а,е5«/е ЪГ'0,46%

1. 1 . « .... > . . 1 .

Ф

5)

а э ч б 5 о з ¡г б в о г * и а

о. 4. Спектры частот пульсаций давленая: а) в слое глинозема = 73 !г«{; б) в иодрешеточной камере яра продувке воды воздухом

лись в крупные. При их выходе была отчетливо виднн колебания верхности слоя, а на спектра начинал выделяться ппк, соответсг-юпшй основной частоте.

Наиболее интенсивные колебания поверхности слоя и давления Злэдались при продувке со скоростью иг = 0,55 мУс. Крупные лостй газа, формирующиеся на дне установки, проскакивали попе-яенно у ее противоположных стенок, вызывая этим резкие переме-аия всей массы жидкости от одной стенки к другой. На спектре зтот четко выделялся пик, соответствующий основной частоте иьсаций давления, совпадающей с частотой колебаний поверхности выхода пузырей»

Э слое крупных частиц ( 400*800 шш) колебания давленая происходили в узкой полосе частот, тирана которой от скорости ока Кения не зависела. При пузырьковом окихении во всей интервала ско ростай ояакения от й^ до частотный спектр имел только оцин ярко выраженный пик.

Два пика спектральной плотности выделяются на спектре частот в ревдке автоколебаний, который возникает при большом объеме под-решеточной капере и малом сопротивлении решетка. Валачинз спектральной плотности, соответствующая первому, низкочастотному пику, в несколько раз превышали величину спектральной плотности второго пака.

В начале, по мере увеличения поцрешеточного объема величина спектральной плотности, соответствующая основной частоте пульсаций, растет (рдо.5) и достигает максимальной величины при относительном объеме нодрашеточной камеры ~ 15*20. В этих условиях пульсации давления приобретают характер гармонического про вдсоа. Форма ооцалдогроим процесса почти полностью совпадает с синусоидой,.С дальнейшим увеличением объема "подреаеуочной камера интенсивность пульсаций давления начинает падать из-за увеличения е< аккумулирующей способности. Теперь, несмотря на рост объема подре-щеточной камзри .ожакение становилось все более равномерным.

Основная частота пульсаций давления о ростом объема подреше-гочной камеры падала пропорционально квадратному корню из отношения объемов слоя а подрешеточной камеры. Эта тенденция сохранилась а посла достижения подслэевш объекси критической величины « 20.

Спектральная плотность п 'частота, соответствувдая второму максимуму на спектре пульсаций давления,не зависела от объема под-рашеточной камеры. Частота пульсаций определялась только высотой слоя.

S «Ю

n<£c

10

a)

-/>4 U

<0

й)

0

L/.VVu

Uv,

<? 4

аз*, a 2 « а г и о 2 k i>a,c

Рас. 5. Спектры частот пульсаций язвления: И»= 150 мм; dv = =flI20 ми; <f = 31,2?. Относительный объем подрещеточной камеры V„/V£ : а - 1,75; в - 20,55; г - 33,36; Д - 45,74

В качестве одаого из способов снижения пульсаций давления было опробовано введение части огшжашзго газа а слой в виде струи, прздлоазнное Панаевым ГЛ. Повышение однородности ояиження в этом случав достигается за счет усиления циркуляционного двиае-кия материала в слое.

В проведенных экспериментах часть газа вводилась в слой в вида вертикальной струи при скорости наке скорости локального фонтанирования. При этом в слоях крупных частиц ( q^,>600 икы) на невысоких скоростях ожикеняя (VV< 3) было отмечено существенное знинзние интенсивности пульсаций давления. На больших скоростях эжижения в слоях крупных частиц и в слоях мелких частиц на всех зачетах отаяеяая введение сосредоточенных струй, наоборот, усшга-

вало интенсивность пульсаций давления. Как оказалось, расположение места ввода струи по площди решетки аппарата на степень повышения однородности ожижения на влияет.

0СЕ0ЩШ2 РЕЗУЛЬТАТЫ

I. Детально изучен механизм пульсаций давления, связанный с образованием и движением пузырей в слое мелкодисперсного материала ограниченных размеров. Падение давления до минимума вызывается локальным.снижением высоты слоя в момент раскрытия пузыря на поверхности. В зоне выхода,пузыря на глубине, равной его диаметру,' избыточное давление падает до нуля. Нике этого сечения мгновенная разность ыевду средним и минимальным давлением по высоте .слоя постоянна и соответствует гидростатическому давлении столба материала высотой, равной дааиетру вдзыря.

Увеличение'давления до максимума после выхода пузыря связано с резким'зозрастаниеы скорости фильтрации газа через плотную фазу о минимальной, порозвостью. Разность между максимальный и средам сопротивлением слад пропорциональна его среднему сопрогив левЕш и избыточной'скорости рааяения. -

Среднеквадратичное отклонение давления в слое достигает максимальной величины на расстоянии от решетки, равном высоте' образующегося .сузнря.

, 2. Путем обработки экспериментальных данных методом теории размерностей получено выражение (4), описывающее зависимость амплитуда пульсаций сопротивления слоя от избыточной скорости о кике -ния, плотности слоя и его высоты, отношения объемов слоя и подре-шзточной камеры.

3. В процессе ожижения сопротивление газораспределительной решетки пульсирует, а его среднее значение намного превышает со-

тветствувдую величину, получепкуп при ародувко решетки боз слоя, величзнпс сопротивления связано с перподпчоским образование« и азруиенкем застойных зон в устьях сгзьрстзй л колебаниями рао-ода оквгаяцого газа, санхропкцмц с пульсация давления в слое.

4. Энергетические спектры частот пульсаций давления в слое кают два пика кошгости. Первый (низкочастотный) характеризует зтоколебангя спстош слой ~ псдрзнзточнэя шгерэ. Значение со-гвзгствующзй ему частоты изменяется пропорционально х:вадратясиу зршэ из отношения. объемов слоя и ксдресегэчвсЗ кзйера. .

Второй, высокочастотный и:?.:; характеризуем процессы дввгзная развития пузырей з ояоз. Значзцгл частот я величины основных ¡зкгралышх сосгазляюцпх» соответствуйте вгсрему елку, не зава-га от объема подрешеточной г.лмзры.

5. Экспериментально подтверждено существование критического ношения объемов слоя л подрегеточной-камеры и критического рас-да оглЕзшего газа, при превышении которых автоколебания выроется.

При этом амплитуда пульсаций давления существенно падает, а' зтота, соотвзтствую:цая.первому инку мощности, меняется незначя-

1ьно.

6. На энергетических спектрах, полученных в слоях крупных !тиц (йг> 500), основная частота выделяется четко, независимо скорости оеичония. В слоях мелких частиц ( Дг < 100) при низ-I скорости оншкзния энергия пульсаций равномерно распределена ироксм диапазоне частот. Основная частота начинает выделяться

: скоростях, близких к скорости уноса. Форма спектра частот для ких частиц напоминает аналогичный спектр, получаемый в слое кости, продуваемой газом.

7. 3 аппаратах небольпого сечения давление в подрешвточной камере пульсирует синхронно с давлением над решеткой. Аналитически рассчитана амплитуда колебаний давления под решеткой в аппаратах малого сечения (формула 6). Экспериментальные данные достаточно хорошо совпали с результатами расчета.

8. Несинхронность пульсаций давления над и под газораспределительной решеткой в аппаратах большого сечения , связанная с наличием нескольких зон предпочтительного выхода пузырей из слоя, может привести к провалу частиц в подрешеточную камеру. Рассмотрен механизм провала мелкодиспорсно'го материала, вызываемого пульсациями давления. Получено аналитическое выражение для определения параметров псевдооккаэния , исключающих провал ш этой причине.

9. По мера увеличения скорости ожижения амплитуда пульсаций сопротивления слоя достигает каксимуш, что соответствует началу перехода к качественно новому рениму псевдоозшжения - псэвдотур-булентноиу. Эмпирически получено выражение (5) для определения скорости, соответсгвушцэй началу перехода. Дм крупных частиц

(. Аг> 500) эта скорость нижа скорости «витания, а для мелких ( йг< < 100)-вше.

10. На базе выдалнешжх исследований рассчитаны газораспределительные устройства печи нагрева и аппарата охлаждения деталей . мотоциклетной коробки передач для завода им. Б.А.Дегтярева. Ожидаемый экономический эффект от внедрения одной установки составляет 11,5 тыс. руб. в год. Долевое участив автора 80%.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

I. Исследование условий провала псевдоокижаемого материала через газораспределительную решетку / А.П.Баскаков, Н.Ф.Филипповский,

В.Г.Тушногов, А.В.Мудречонко //ТОХТ. Г.21. 1987. з> 5. С.649-653.

2. Исследование синхронности лульсадай давления в аппаратах с кипящим слоем / А.П.Баскаков, Н.Ф.Филипловсккй, В.Г.Тушногов , А.В.Мудречешсо // 1ИЕ. Т.55. IS88. & I. С.97-102.'

3. Баскаков А.П., Филиппов ский Н.Ф., Мудрочэнко A.B. Влияние объема годрешаточной камеры и сопротивления газораспределительной

, решетки на характер псевдоогинения // Изв.вузов. Энергетика. 1989. ff I. С.79-83.

4. 1/|удречекко A.B., Петровская В.В. Бдияшэ прохождения газовых пузырей на пульсации давления в пеендооклеенном атоо // Прогрессивные процессы в приименной теплоэнергетике: Тез. докл. научн.-техн.кокф. Свзрдловск, 1984.С.25.

5. Мудречекко A.B., Тугоногов В.Г., Базильндкова, Е.Ю. Пульсапди давле1шя и провал иагериала через репетку в аппаратах с псев-доожгшнкш слоем // Проблемы токцотехшпси металлургических прцессоз и агрегатов:'Тез1докл.научн.-техн.конф. Свердлов ас, 1984. C.2G.

6. Исследование поведения одиночного пузыря в псевдооязшокном слое / А.Л.Глрков, А.Е.!.;удречснкс, С .Л. Скосов и др. // Слмга-нпо п газификация твердых топика в кипящем'' слое: Тез .докл. научн.-техн.конф. Свердловск, 1286. С.39.

7. Исследование пульсаций давления в нсевдоо.чстжешом слое / 11.1-.£;<лклповский,' Б.Г.Тупокогэв, Л.В."удречеш:о и др. // Сжи-raisio и газификагря твердих . тончив в кипящем, слое: Таз.докл. научи.-техн.конф. Свердловск, I9G6. С.76.

3, Влияние размеров экспериментального аппарата на частотные характеристики пульсаций давления в клпяцом сдое / Н.Ф.Силшшов-ckkíi, А.З.ь^дреченко, С.О.Лёдев и др. // Оптимизация и создание ресурсосберегающих безотходных технологий в .химической промышленности и тошоэнэргетико: Тез. докл.научн.-техн.конф. Свердловск, I9C8. C.6G. . ,

9. 'йиклловскай Н.Ф., ¿¡удрочонко A.B. Влияние годреше точной камору -на автоколебательные прцзсси в лсзбдоо.гд:/.ошюм сдое // Техника

ясовдооякг.ешш л перспективы ос развития: Тез.докл. каучн,-теха. копф. Ленинград, 1283.. G.I22-I3C. ,

10.Филипдоесккй и.О., ¡.¡удроченко A.B. Влияние конструкции газорас-праделителыюй реиотки на лудьсагда давления ь псовдоояиюшюм

. сдое // IX юбилейная научно-техническая конференция УПК Г Тез. докл. Свердловск, К?0, С.1С.

ОБОЗНАЧЕНИЯ '. '

Д,, йг - амплитуда пульсаплй давления в подрешеточной. камере и в слое материала, Па; - диаметр частиц мелкодисперсного материала, мкм; •£)<} - диаметр пузыря, ы; д - ускорение свободного падания, м/с^; А - выоота точки вад газораспределиталънок решеткой, ы; высота пузыря, м; Н - высота псевдоошженного слоя ( Ин - на пределе озшжэпия), вд — коэф^шз^внты сопро-

тивления линии подвода газа к аппарату и газораспределительной решетки; Рв , , Рт1п Р , - давление над слоем, максимальное;, минимальное, среднее давление в слое,давление в годво-дяцем'трубопроводе, Па; Уп ,Ус - объемы подрепетсчной камеры п слоя, ьг; иг, %хк , , ьг^ - скорость лсевдоошяекпя, скорость на-, чата ожнгения, скорость витания, скорость качала перехода в турбулентный реяпы окияения, м/ с; £ - относительная по грез кость измерения; 6 - порозность слоя ( &о - на пределе олгзегшя); рг,р -плотность окпжащего газа и слоя ( рм - на пределе озияения); среднеквадратичное отклонение давления, Па; ^ - проходное сечение решетка, СО - циклическая частота пудьсаш::: давления, с-1; йг - критерий Архимеда; Яе - критерий Рейнольдса; XV - безразмерное число о&ижения.

Формат 60x84 1/16 Уел,п. я. 1,39." Бесплатно

Подписано в печать 06.11.91

Бумага ЯВЕИВ Плоскач печать

Уч.-изд.л, 1,09 Тираа 100 Заказ 812

Редакционное издательский отдел УБИ им.С.М.Кирова 620002, Екатеринбург, УПИ, 8-й учебный корпус • Ротапринт УШ. 620002, Екатеринбург, УТИ, 8-й учебный корпус