автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Закономерности движения дисперсного материала и теплопереноса во вращающихся аппаратах с зигзагообразными каналами

УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА, ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПСШПШНИЧЕСКИЙ •. ИНСТИТУТ им. С.М.КИРОВА

)

На правах рукописи

ШСКОВ Сергей Леонидович

ЗАКСНСМЕРНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА И ТЕПЛОТЕРЕНОСА ВО ВРАЩАЮЩИХСЯ АППАРАТАХ С ЗИГЗАГООБРАЗНЫМИ КАНАЛА»®

Специальность 06.14. (Н - Промышленная теплоэнергетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Екатеринбург 1991

Работа выполнена на кафедре промышленной теплоэнергетики Уральского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института им. С.М.Кирова, г.Екатерпнбург.

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники

РСФСР, доктор технических наук, . профессор А.П.ШЗШОВ.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

В.М.Е\Б0ШН; . кандидат технических наук, старший научный сотрудник ВЛЛСИРАКОСЯН.

Ведущее предприятие - Уральский научно-исследовательский

химический институт, НПО "Кристалл" (УБИХИМ).

Зашита состоится январи 1992 г. в ч мин на заседании специализированного совета (К 063.14.09) при Уральском ' политехническом института им. С.М.Кирова по адресу: г. Екатеринбург, ул.Мира, 28, УПИ, корпус £ 8 (ауд.7"-^). С диссертацией могло ознакомиться в библиотека УПИ. Отзывы на диссертационную работу в одной экземпляре, заверенные гербовой печать» учреждения, просим направлять по адресу: 620002, г.Екатеринбург, К-2, УШ имени. С.М.Кирова, ученому секретари института.

Автореферат разослан "_" декабря 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета, . кандидат технических наук, /\ Жу-

доцевт ЛД.ВШШОВА.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Аппараты со встроенными зигзагообразными каналами хорошо зарекомендовали овбя в процессах термообработки при получении фтористого алюминия, в процессах контактно-адсорбционной сушки медного порошка и гидрогеля кремниевой кислоты.Они позволяют получать химические продукты более высокого качества с наименьшими для окружающей среды последствиями.

Недостаточная изученность основных закономерностей движения дисперсного материала и процессов тепломассопереноса во вращающихся зигзагообразных каналах затрудняет расчеты аппаратов данного класса, делает невозможным выбор оптимальных параметров их основных конструктивных элементов и режимов работы.

Цель работы. Исследовать закономерности двяяения дисперсного материала и тепломассообмена во вращающихся аппаратах с зигзагообразными каналами, разработать методики расчета нх пропускной способности и теплообмена мааду дисперсным материалом и стенками.

Научная новизна. Изучен механизм движения дисперсного материала во вращающихся зигзагообразных каналах. Разработана методика расчета производительности аппаратов и распределения материала по длине каналов. Исследован механизм перемешивания дисперсного материала, во вращающихся V -образных элементах - составных частях зигзагообразного канала. Экспериментально изучен теплообмен мевду засыпкой дисперсного материала и стенкой вращагэпогося зигзагообразного канала. Предложена полуэмпирическая зависимость для расчета среднего значения коэффициента теплоотдача от материала к стенке вращающегося наклонного полузвена.

Автор задрздает;

- результаты экспериментальных исследований закономерностей движения дисперсного материала во вращагаихся зигзагообразных каналах;

- разработанную методику расчета производительности и распределения дисперсного материала по длине вращающихся зигзагообразных каналов;

- результаты экспериментального исследования перемешивания дисперсного материала во вращающихся элементах зигзагообразных каналов;

- результаты эксперименте,;ьных исследований теплообмена манду засыпкой дисперсного материала и стенкой вращающегося наклонного канала;

- разработанную методику расчета средних значений коэффициентов теплоотдачи меаду засыпкой дисперсного материала и стенкой вращающегося.наклонного канала.

Практическая ценность. Разработанная методика расчета пропускной способности аппаратов о вращающимися зигзагообразными каналами позволяет обоснбЬанно выбирать размеры на заданную производительность.

Полученная формула для среднего значения коэффициента теплоотдачи меаду засыпкой дисперсного материала и стенкой наклонного полузвена позволяет грамотно рассчитывать теплообмен .вовра дающихся аппаратах о зигзагообразными каналами.

Разработаны конструктивные элементы зигзагообразных каналов, улучшающие эксплуатационные и технико-экономические показа тели работы зигзагообразных каналов.

Реализация работы. На основании проведенных исследований Уральскому научно-исследовательскому химическому институту НПО "Кристалл" выданы исходные данные на проектирование опытно-про-

мышленной установки по получению цеолита производительностью 25 т/ч для ПО ОЕЛКемеровуголь г .Кемерово (ожидаемый экономический э££«кг от внедрения разработок составляет 173,5 тыс.руб.в год, долевое участие автора 69,4 тыс.руб.в год).

Апробзшщ работы. Основные положения работы докладывались на Областной научно-технической конференций "Оптимизация и создание ресурсосберегающих технологий в химической промышленности и теплоэнергетике'' (Свердловск, 1988), Минском международном форуме "Тешюмассообмен-ШФ" (Минск, СССР, 1988), Областной научно-технической конференции "Исследование, разработка и внедрение процессов, оборудования и материалов в химической, пищевой а других отраслях народного хозяйства" (Саратов, 1989), 1-й Республиканской научно-технической конференции "Проблемы эффективного использования электрической и тепловой энергии в машиностроении Узбекистана" (Ташкент, 1989), IX Юбилейной научно-технической конференции (Свердловск, 1990).

Публикация. Основные положения диссертации опубликованы в шеста работах и одном авторском свидетельстве.

Обьем работы. Диссертационная работа состоит- из введения, пяти глав, основных результатов,, библиографии и приложений. Объем работы - 180 стр., из них основной текст 80 стр., включая 2 таблицы, 57 стр'. рисунков, библиография из 95 наименований, приложения 23 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЕАНИЕ РАБОТЫ I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАД4Ч ИССЛЕДОВАНИЯ

В литературе практически отсутствуют данные о закономерностях движения дисперсного материала во вращавшихся зигзагообразных каналах, что делает невозможным расчет распределения дислер-

сного материала по длине каналов и их производительности. Теоретические и экспериментальные исследования перемешивания материала в аппаратах с такими каналами носят статистический характер и не раскрывают механизм процесса.

Анализ движения дисперсного материала во вращающиеся аппаратах показывает, что теплообмен в них обусловлен нагреванием частиц во время их пребывания у стен аппарата и перемеливанием их с холодными частицами в период ссыпания. Для описания процесса теплообмена подобного характера широко используются пакетные модели, достаточно подробно рассмотренные в литературе. Теплообмен между стенкой вращающегося зигзагообразного канала и засыпкой дисперсного материала практически не изучен, а отсутствие закономерностей, описывающих движение материала в таких каналах,делает в настоящее время невозможным применение известных закономерностей теплообмена между поверхностью и слоем дисперсного материала для расчета теплообмена в подобных аппаратах.'

Недостаточная изученность гидродинамики и теплообмена дисперсных материалов во вращающихся зигзагообразных каналах не поз-золяет надежно рассчитывать аппараты данного класса и оптимизировать режимы их работы.

В связи с этим в настоящей работе основное внимание было уделено решению следующих задач:

1. Изучить закономерности двякания дисперсного материала во вращающихся зигзагообразных каналах.

2. Разработать методику расчета производительности зигзагообразных каналов и распределения материала по их длине.

3. Изучить механизм перемешивания дисперсного материала во вращающихся зигзагообразных каналах.

4. Изучить теплообмен между дисперсным материалом и стенками вращающихся зигзагообразных каналов и разработать методику его расчета.

5. Рассмотреть возможные пути интенсификации теплообмена во вращающихся зигзагообразных каналах.

2. ЖСПЕРИМЕПГЕАЛЪНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Закономерности движения дисперсного материала во вращающихся зигзагообразных каналах изучали на экспериментальной установке, представляющей собой V -образный элемент - составную часть зигзагообразного канала, закрепленный на оси вращения. V-образный элемент (У-звено), изготовленный из прозрачного материала, был выполнен в шести вариантах, отличающихся формой и геометрическими параметрами (круглого и прямоугольного поперечного сечения с соотношением сторонЛУХ = 0,5; 1,0; 2,0; сметаый угол мея-ду наклонными полузвеньями оСv = 60°, 90°, 120°). Ось вращения V -звена опиралась на опоры, одна из которых перемещалась по птапге в вертикальном направлении, что позволяло устанавливать фиксированный угол наклона оси вращения V-звена J в пределах 0+9°. Эксперименты проводили на шести дисперсных материалах с различными физическими свойствами (средний диаметр частиц d = = 72+1600 мкм, насыпная плотность материала J)H = 530*2150 кг/м^ угол естественного откоса материала рд - 24+35°).

В ходе экспериментов для кавдого V -образного элемента оп-

/

ределялось количество материала &V , пересыпающегося из одного наклонного полузвена V -образного элемента во второе полузвепо за один полный оборот при исходной разнице объемов материала в смежных полузвеньях ¿V = 0+8 от полного объема одного полузвена.

Дополнительно были проведены эксперименты по определению соотношений объемов материала ¿V0= ( Vi - Vitl ) в К-звене с негоризонтальной осью вращения в стационарном режиме - режиме "нулевого пересыпания" (количество материала в полузвеньях не изменяется прр вращении У -звена).

Проверка математической модели расчета зигзагообразного канала (производительности, распределения материала по длине канала) была проведена на прозрачном зигзагообразном канале (поперечное сечение полузвена 35x35 мм, длина / = 120 мм, смежный угол cCv*i 90°, число полузвеньев К = 10). Ось вращения канала была закреплена на опорах, одна из которых могла перемещаться в вертикальном направлении, изменяя угол наклона оса вращения f от О до 9°. Конструкция канала позволяла устанавливать в последнем полузвене плоские вставки, ограничивающие количество высыпающегося материала.

В первое полузвено канала засыпали определенное количество материала V4l). Канал медленно поворачивали на 180° (во избежание высыпания материала первое полузвено закрывали крышкой), оп- ' ределяли количество материала в полузвеньях по занимаемому им объему, который подсчитывался по высоте слоя, измеренной линейкой, канал фотографировали, взвешивали количество материала, высыпающегося из последнего нглузвена. Поворачивали канал на 180°, доводили объем материала в первом полузвене до V (I). После завершения эксперимента по фотографиям вновь определяли объема материала в каждой полуэвене.

Перемешивание дисперсного материала изучала на установке.моделирующей И -звено, закрейЛёйёдё йа РбрйЗбйтадькоЙ оси вращения. V -звено (диаметр J) * 53 ш, длййй подуавена / * 220 мы, омвжный угод oiy * 90°) было йЗгМОВЛвЯЭ 13 Квр»вй8 ( £гтя 4 им).

- э -

С торцов V -образный элемент плотно закрывался пробками, в центрах которых устанавливались ХА-термопары, регистрирующие о помощью самопишущего потенциометра КСП-4 перепад температур материала в смежных полузвеньях, либо перепад температур между дисперсным материалом в одном из полузвеньев и наружным воздухом в помещении. Засыпая в одно наклонное полузвено М кг материала с температурой Т,{ 7",» 20°С), а во второе полузвено-М кг о Т2 ( Тг = 90°С), и вращая К-образный элемент с заданной частотой /7 (/7 = 0,7+7,2 об/мин), измеряли с помощью регистрирующего прибора перепад температур $ => Т^-Т2, либо (Т^-Тд). Термограммы выравнивания температур материала в соседних полузвеньях носили экспоненциальный характер и позволяли определить плотность потока дисперсного материала между смежными полузвеньями:

1 - ¿/1 — • ~~~—7 кг/(м20б) , (I)

/ О '

где 0~о = (Т^-Т2)0 - перепад температур в начальный момент времени.

На этой же установке были проведены эксперименты по определению интенсивности перемешивания дисперсного материала в V-звене методом, основанном на изучении процесса выравнивания концентраций материала с одинаковыми характеристиками {с!но разных цветов Сйветовой" метод). "

В один наклонный элемент V -звена засыпали М кг корунда с концентрацией & белого в смеси с черным, а во второе полузвено-

М кг с концентрацией £ , поворачивали V -звено на 360°,после чего материал из каждого полузвена высыпали в отдельные чашечки, тщательно перемешивали и с помощью специально изготовленного прибора - измерителя концентраций, определяли концентрации материала к 1 и к 1 в каждом полузвене. Принцип действия измерителя кон-

центраций основан на изменении силы тока в цепи фотосопротивления ФСД-1-Г при изменении величины светового потока от точечного источника света, отраженного от испытываемой смеси.

В ряде экспериментов измерения концентрации материала в полузвеньях проводили не через каждый оборот, а через 5,10,20,50 оборотов V -образного элемента.

Кривые изменения концентраций материала в смежных полузвеньях носили экспоненциальный характер и также позволяли определить 'плотность потока дисперсного материала в полузвеньях

■••- А см //2"

(2)

где ( - разность концентраций материалов в соседних по-

лузвеньях до эксперимента.

Теплообмен изучали з аппарате, моделирующем половину Т/-образного звена. Рабочий эламент-полузвено (труба D = 76 мм или 75x75 мм; 5СТ » 3,5 ым; / ¡D « 1,5+6,45; ctv = 90; 180°), закрываемый с двух сторон пробками, устанавливался внутри враиаю-иегося барабана, заполненного на 95% водой. В центрах пробок имелись отверстия для установка ХА-гермопар, измеряющих самопалузим потенциометром КСП-4 перепад температур внутри рабочего элемента и внутри барабана. Изменение положения одной.из пробок позволяло изменять отношение L ID от 1,5 до 6,45. Барабан вращался электродвигателем через коробку передач» которая позволяла устанавливать шесть фиксированных част вращения барабаиа /7 от 0,7 до 7,2 об/мин. В качестве диспербйого.Maíeриала использовали корунд узких фракций ( d = 72*1600 ííkm) , оыеси корувдоа, а также AfFs с d = loo мкм.

В процессе охлаждения йраДБ&рй?вяьно нагретого а мекгроп^

чи до температуры Т=200°С дисперсного материала перепад температур между материалом в полузвена и водой в барабане изменялся по экспоненциальной зависимости, что позволило рассчитывать коэффициенты теплоотдачи по методу регулярного режима.

Экспериментально было изучено влияние частоты вращения барабана, степени заполнения полузвена ( Ф = 16*81%), его формы, геометрических параметров, угла наклона относительно горизонтали, влияние физических свойств дисперсных материалов на коэффициент теплоотдачи методу засыпкой и стенкой полузвена.

В ряде экспериментов внутри наклонного полузвена были установлены плоские вставки, с площадью живого сечения Р1 = 21% и

/; = т.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ I. Закономерности движения .дисперсного материала во вращающихся зигзагообразных каналах

Количество дисперсного материала л V , пересыпающегося из одного полузвена в другое, определяется, в первую очередь, разницей объемов материала в них л ) • Максимальной величины оно достигает при 100? заполнении одного из полузвеньев и совершенно свободном другом полузвене: 1Л =» 100?, У1+1 » 05?. Величину дУтах можно найти как экспериментально,'так и путем геометрических построений. Исходя из того, что свободная поверхность дисперсного материала,засыпанного в У -образный элемент, образует с горизонталью угол, близкий к углу естественного откоса материала ро , а при рассыпании из смежного угла свободная поверхность оставшегося в полузвене материала (при = 100% осыпание материала возможно только в свободное полузвено) также образует угол,близкий к Д, то путем несложных расчетов, с учетом

возможного наклона оси вращения У -звена на угол £ , можно найти величину лУта'.

. - для элемента круглого сечения диаметром В

v _ ЯР* cos/А - jfj_ .

4SJ(Jdj2 CCS(dr/2-fio +!f} ' (3)

- для элемента прямоугольного сечения с шириной полузвена I и толщиной У

v -JULJ££[A-JLL

1 ' «ИП» * ^fi/ У /- л. й /-

лиЯ/* -л >/7 • (4)

Как видно из фородл (I) я (2), максимальное количество пересыпающегося материала в К-образном элементе, а следовательно, и величина лV увеличиваются с увеличением поперечных размеров самого звена X, У шщ Л , угла наклона оси вращения ^ и уменьшается с увеличением величины смежного угла <&у , угла естественного откоса материала _Д,. Влияние этих параметров было подтверждено экспериментально, причем, опытные данные, полученные для элемента с горизонтальной осью вращения, хорошо описывались зависимостью (рис.1)

где V, - объем одного полу звена.

В случае с негоризонтадьной осью вращения У -звена величину л У можно рассчитать по формуле

+*у0)/уа ) (6)

где величина ¿У0 — разница объемов материала в полузвеньях в"ре-жиме нулевого пересыпания" (рис.2).

М йУГМ

о -/ ¿V' • -г г/./ го о-А 9-5 ъ-6 Ф-7 ,о е-в ^ фя'-ю иг »

' а АУ. » 10 30 №/./

Рис.1. Закономерности пересыпа- Рис.2. Закономешости пеоесн-

нкя материала в V -звене с гори-' пания матапу.ала'в V -звене с

зоктальной осью впадения: негоризонтальной осью впадения. 1-Ш. =9.5; оСу =900; Д = 32; ' ""

2-Х /У =1,0: А* = 90б;К = 32

3-Х/У =2,0; =30°; = 32

4-Х/У =1,0; =900; Д' = 24

Материал - корунд = 400 икм; ЛГ/У = 1,0: £Ю =4.0; <¿.=90°; / =30; У^Л-^-Х-М'Л-гФ. 4-ЗСЙ;5-4<$;6-5$;7-60£;8-70<&

Отношение объемов материала в соседних полузвеньях в режиме нулевого пересыпания было определено экспериментально и аппроксимировано зависимостью

.у.-е^г

V,

1+1

(7)

Тогда разница объемов материала в соседних полузвеньях в ре-киме нулевого пересыпания определяется по формуле

(8)

Для любого V -образного элемента с известными значениями эбьемов материала в каждом наклонном полузвене У; я V/,, модно )праделить количество материала, пересыпавшегося за один оборот-¿V, а следовательно, и количество материала, оставшегося в савдом полузвене я соответственно:

V/. V, -„V

»

Зависимости (3)-(9) били положены в основу расчета зигзагообразного канала. Степень заполнения первого полузвена при расчете задавалась постоянной; она определяется конструктивными особенностями узла загрузки материала. Каждый оборот зигзагообразно^ го канала разбивался условно на два пол-оборота. За первые полоборота канала рассматривается пересыпание материала из нечетных полузвеньев в четные. Для каждой пары полузвеньев, начиная с первого, можно определить количество пересыпавшегося материала лУ, а также'количество материала, оставшегося в каждом наклонном полузвене У- и Ус,, . За вторые пол-оборота рассматривается пересыпание из четных полузвеньев в нечетные; принимая за исходные новые значения-объемов Материала в каждом наклонном полузвене У. и и определяя для кавдой пары полузвеньев значения л V , на-

Т г" т * *

ходим новые значения V. и . Расчет ведется, как правило.до выхода зигзагообразного канала на стационарный режим, когда количество материала, пересыпающегося в каждой паре наклонных полу" звеньев,становится постоянным - л УСот{ • ®та величина и определяет производительность зигзагообразного канала

Сравнение показывает, что предложенная модель расчета адекватно отражает экспериментальные данные.

(10)

- 15 -

2. Перемешивание дисперсного материала во вращающемся зигзагообразном канале

Перемешивание. дисперсного материала во врашащемся зигзагообразном канале определяется особенностями движения материала в период ссыпания. При малых частотах вращения П = 4+8 об/мин ссыпание материала в канале носит прерывистый характер: материал в наклонных полузвеньях лежит неподвижно, пока его свободная поверхность (не кснтактируатая со стенками) не достигнет некоторого критического угла р с горизонталью, после чего часть материала слоем определенной толщины ссылается вниз, свободная поверхность занимает полоаение, характеризуемое углом р относительно горизонтали, материал в полузвеньях вновь неподвижен до нового обрушения. Поскольку фазы ссыпания в кавдом наклонном полузвене не совпадают по времени, то граница между слоями частиц, ссыпавшихся в угол из двух смежных полузвеньев представляет собой ломаную линию; часть материала, таким образом, переходит в соседнее полузвено. Начиная с некоторой частоты вращения осыпание материала в канале становится непрерывны!», а граница мезду слоями частиц в смежных углах практически плоской: переход мата-риала в соседнее полузвено возможен только благодаря направленному движению материала в канале, определяемому разницей объемов материала в соседних полузвеньях.

Экспериментальные исследования процесса перемешивания дисперсного материала эо вращаотёыся V -образном элементе, проведенные "тепловым" и "цветовым" мз г одами,показ оли, что'изменения температуры и концентрации материала в соседних полузвеньях косят экспоненциальный характер. Темпы изменения койцентрации и температуры материала в V -звене при одних и тех же условиях (степень заполнения, частота вращения) практически совпадают.

-16 -

Если участь, что по условиям проведения экспериментов"цве-товым" методом после каждого оборота У-образного элемента производили перемешивание материала в каздом полузвене, эксперимента с тепловыми метками протекали непрерывно, количество материала, переходящее в смежных полузвенъях, намного меньше объема материала в каждом полузвено, то можно предположить, что в течение каждого оборота в У-звене происходит полное выравнивание темпе-

Илтенсивность перемешивания. дисперсного материала (рис.3)

уменьшается с увеличением частоты вращения У -звена и с увеличением степени его-заполнения. Первое, как уже отмечалось, связано с изменением характера движения материала.Второе происходит потому, что- с увеличением степени заполнения полузвена уменьшается доля материала, переходящего в соседнее полузвено (относительно объема материала в элементе); при У - 1005? перемешивание материала в элементе отсутствует.

3. Теплообмен во вращающихся зигзагообразных каналах

Найденные экспериментально закономерности теплоотдачи между засыпкой дисперсного материала и стенкой вращающегося наклонного полузвена качественно согласуются с зависимостями, вытекаю-

ратур материала.

0,й5

0,04

0,02

к

о -У • -2

к-ч

\

20'

<0 <РГ'/.1

Рис. 3. Экспериментальное исследование процесса перемешивания дисперсного материала в V-образном звене. Материал -корунд й = 120 мкм. Частота вращения /?, об/мин: I - 2;2-3; 3-6

с

дай из решения задачи о прогреве полубесконечного массива при граничных условиях I рэда, из которого следует, что средний за время контакта коэффициент теплоотдачи от стенки к прогреваемому массиву

¿у -- 2 ^(срх ¡зр /ЯТ., § (п)

где {срХ- соответственно теплоемкость, плотность и теплопроводность насыпного слоя материала; - время контакта дисперсного материала со стенкой врашащегося наклонного полузвена, приблизительно равное половине периода вращения барабана Тя = 30/П .

С увеличеяием частоты вращения барабана сокращается время 1К контакта материала со стенкой, коэффициенты теплоотдачи .увеличиваются. Диаметр частиц (рис.4), угол наклона элемента относительно оси вращения (рис,5) и форма элемента на значения коэффициентов теплоотдачи влияния не оказывает.

При использовании в качестве дисйероного материала смеси двух фракций корунда ( Ü - 120 мкм и d = 1600 мкм) наблюдается увеличение значений коэффициентов теплоотдачи на 155?, что связано с уменьшением порозности и увеличением насыпной плотности материала.

• Количественно значения о^ , рассчитанные по формуле (II^правы тают найденные экспериментально правде всего из-за того, что расчетный коэффициент теплоотдачи отнесен к площади FK контакта дисперсного материала с поверхностью элемента, а экспериментальный - к полной площади Ft поверхности элемента.

Отношение этих площадей можно приблизительно считать равным степени заполнения объема элемента V-FkJF,, . Тогда расчетное значение ei' , отнесенное к полной площади поверхности элемента»

йт

«я

60

42

¿0

п Ж' vQ

г о -/ Ъ-2 O-J • ■4

/г, et/tum о

/it tl/мин

Рис. 4. Влияние частоты воаше-ния элемента на коэффициент теплоотдачи. Материал - корунд с1: 1-1600 мкм; 2-800:3-400: _ 4-120;5-72; 1-5-4? = 54£;6 -61%-, 7-16д. Сплошная линия - расчет по формуле (12)

Рис. 5. Влияниз геометрических параметров элемента на коэффициент теплоотдачи. Материал - корунд d = 120 мкм; Ф = =42$: -оt„= 90°;I - UD = = 3,6: 2 - 4,5; 3 - 6,2; 4 -

= 180; L/D - 3,6. Пунктир-Йая линия - расчет по формуле(1'

(12)

Но и в этом случае об^ оказывается выше экспериментальных значений (рас.4). Причиной такого расхождения является то, что в течение одного оборота наклонного полузвена не происходит полного выравнивания температур материала'между частицами,прогретыми у стенки,и остальным объемом засыпки, и чем больше степень заполнения элемента V , тем хуже перемешивание материала в элементе, тем больше это расхоздение. При степенях заполнения Ф > 8СЙ значения коэффициентов теплоотдачи резко уменьшаются,отре-

мясь в пределе при 10($ к об а 5,78 л/В -значению, по-

лученному при решении задачи об охлаждении циливдра а плотным насыпным слоеи.

Для учета неидеальности перемешивания дисперсного материала в элементе, возрастающего с увеличением *Р , в формулу (12) был введен эмпирические коэффициент, учитывающий влияние степени заполнения полузвена. В результате для наклонных элементов с отношением 1.Ю = 1,5*6,5 в диапазоне степеней заполнения Ф = 16+ 80!» была получена формула, аппроксимирующая с точностью до 1В% все экспериментальные данные

А' = 2Ч>( 1.1 - Ч>) ]/(фЛ)зд) /Я Тк (13)

ели

оГ = £ ч>а. /- у^Щр п /зож' . (14)

Эксперименты, проведенные на наклонных полузвеньях со вставками, доказали, что они позволяют увеличить коэффициент теплоотдачи примерно на 25*. Плоские вставки, препятствуя свободному ссыпа-1ию дисперсного материала в наклонных полузвеньях, пере распре меняют его по поверхности элементов, увеличивая таким образом по-эерхность контакта Гя . Установка плоских вставок позволяет по-

а

!учять более равномерный контакт обрабатываемого материала ' со ¡тенками наклонных полузвеньев, избежать образования зон локаль-!ого перегрева центральных частей полузвеньев зигзагообрз! юго санала, что особенно важно в аппаратах с высокотемпературными геялоносителяии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Рассмотрены закономерности пересыпания дисперсного материала в V-образном элементе - составной части зигзагообразного канала. Разработана программа расчета основных параметров вращающегося зигзагообразного канала: производительности, распределения материала по длине канала, степени его заполнения. Экспериментальные исследования на натурных моделях показала пригодность разработанной программы для использования ее в инженерных расчетах при проектировании аппаратов с зигзагообразными каналами.

2. Исследован механизм перемешивания дисперсного материала во вращающемся V -образном элементе. Экспериментально установлено, что интенсивность перемешивания дисперсного материала во вращающемся V -образной элемента определяется частотой его вращения и степенью заполнения.

В большинстве практически -важных случаев движение материала в зигзагообразных каналах соответствует режиму идеального вытеснения. " (

3. Получена полуэмпираческая зависимость для расчета среднего- коэффициента теплоотдача между засыпкой дисперсного материала и стенкой вращающегося наклонного полузвана Г

V 2т = г п /. 1-ч>)\1(уц9 п '/зож ,

справедливая в диапазоне частот вращения П = 0,7+7,2 обУмин, степеней заполнения элемента У = 16+81$, для наклонных труб круглого и прямоугольного поперечного сечения с отношением = = 3,0+6,5.

4. На основе анализа движения дисперсного материала внутри

наклонных труб, разработаны'и залащены авторским свидетельством (A.c. Ü 1592707) конструктивные элементы зигзагообразных каналов, которые устанавливаются в наклонных полузвеньях, перераспределяют обрабатываемый материал по поверхности элементов, увеличивая его площадь контакта со стенками канала, повышая, таким образом, эксплуатационные и технико-экономические показатели работы аппаратов данного класса.

5. На основании проведенных исследований получены и передани заказчику исходные данные для расчета теплообмена в опитно-промишленной установке по получению цеолита производительностью 25 т/час для ПО ОблКемеровуголь г.Кемерово. Выполнены расчеты .производительности данной установки, распределения материала по длине зигзагообразных каналов. Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработок опытно-промышленного аппарата 173,5 тыс. руб.в год (долевое участие автора 4($).

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Влияние геометрических параметров V -образных звеньев на теплообмен во вращающихся зигзагообразных установках / Н.Ф.Фи-липповский, АЛ.Жарков, С.Л.Сысков, И.Р.Соснина П Оптимизация и создание ресурсосберегающих безотходных технологий в химической промышленности и теплоэнергетике: Тез.докл.обл.научно-технической конференция, Свердловск, 1988. Свердловск, 1988.. С.54-65.

2. Теплообмен в низкоскоростных проточных дисперсных системах I А.П.Баскаков, Н.Ф.Филипповский, З.КЛаскаев, А.Л.Еарков, С.Л.Сысков и .др. П Тепломассообмен - ШФ: Тез .докл. Минский международный форум. Минск, 1988. С.49-52.

3. Фияипповский Н.Ф., Сысков С.Л. Исследование теплообмена и гидродинамики во вращающихся аппаратах )) Исследование, разработка и внедрение процессов оборудования и материалов в химической, пищевой и других отраслях народного хозяйства: Тез. док.обл.научно-технической конференции, Саратов, 1989. Саратов, 1Э89. С.126.

4. A.c. 15927(77 (СССР). МКИ Р28 D 11/02, Г26 ô II/04. Теп-ломассообменный аппарат ! А.П.Баскаков, Н.Ф.Филштовский, C.JI.Сысков и др. И 4504149/21-06; Заявл. 09.11.88; Опубл. 15.05.90, Бюлл. К 34.

5. Теплообмен во вращающихся м'.югосекционных аппазатах с V -образными звеньями ! А.П.Баскаков, С.Л.Сыскоэ, Н.Ф.Филипповски) л др. )) Проблемы элективного использования электрической и тедлоэой энергии в г/ашиностроения Узбекистана: Тез .докл. I Республиканской научно-технической конференции, Ташкент,1989

Ташкент, 1989. С.72-74.

6. Сысков С Д., Филшшовский К.Ф., Парков A.A. Пересыпание дисперсного .материала з зигзагообразных трубах ht Тез.докл. IX

е

Юбилейной научно-технической конференции, Свердловск, 1990. Свердловск, 1990". С. 13-14.

7. ФивдппозскиЯ Н.Ф., Сысков С.Л., Баскаков А.П. Расчет теплоос мена во вращающихся наклонных трубах // Изв. вузов. Энергеп ка. 1990. № 9. C.I08-IIO.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧИЛСЯ

Сн - теплоемкость материала;

С1 - диаметр частиц;

I) - внутренний диаметр аппарата, канала;

- площадь внутренней поверхности рабочего элемента; Рк - площадь контакта материала со стенками канала;

- площадь контакта материалов;

у - плотность потока твердой фазы; £ - концентрация материала; К - число полузвеньев в канале; I. - длина полузвена, аппарата; М - масса материала; П - частота вращения аппарата; Л! - число оборотов; О - производительность аппарата; Г - число полузвеньев в канала; сб _ - коэффициент теплоотдачи;

с£„ - сменный угол, угол меяду соседними полу звенья!,! л зигзагообразного канала; Ра - угол'естественного откоса материала; ^ - угол наклона оси вращения аппарата относлте.-мю горизонтали; толщина стенки аппарата;

I.

ег

- разность температур;

А - коэффициент теплопроводности;

- насыпная плотность дисперсного материала;

- время контакта материала со стенками канала;

- степень заполнения полузвена;

У1 _ объем материала в ^ - м полузвене;

¿V - разность объемов материалов в смежных полузвеньях;

& V - количество пересыпающегося материала в смежном углу;

йУтдх - максимальное количество материала, пересыпающееся в V -образном элементе;

Х,У - геометрические параметры наклонного полузвена.

Подписано в печать 05.12.91 Формат 60x84 1/16

Бумага писчая- Плоская печать Усл.п.л. 1,39

Уч.-изд.л. 1,09 Тира» 100 Заказ 860 • Бесплатно

Редакциснно-издательский отдел УПИ им.С.М.Кирова 620002, Екатеринбург, УПИ, 8-й учебный корпус Ротапринт УПИ.. 620002, Екатеринбург, УПИ, 8-й учебный корпус