Глава 13.1. Исследование процесса теплообмена в падающем слое при сопловом аэродинамическом торможении

Непрерывное наращивание мощностей энергетической, хи­мической, металлургической и других отраслей промышлен­ности предъявляет повышенные требования к интенсификации существующих и вновь разрабатываемых теплообменных ап­паратов.

Рациональное использование тепла уходящих газов может производиться в таких теплообменниках, где осуществляется непосредственный контакт между газами и дисперсным мате­риалом. Так как в падающем слое имеет место большая ис­кусственная турбулизация пограничного слоя и значение ко­эффициента теплообмена достигает значительной величины, то теплообменные аппараты такого типа наиболее эффек­тивны.

Значительным преимуществом теплообменника с промежу­точным дисперсным теплоносителем наряду с большой интен­сивностью теплообмена является также то, что он не требует больших затрат металла на изготовление. Однако теплооб­менник типа «газовзвесь» обладает одним существенным не­достатком — малым временем пребывания частиц в аппарате, что приводит к большой высоте его.

Для интенсификации теплообмена, а следовательно, умень­шения габаритов теплообменника нами были проведены экс­периментальные и теоретические исследования регенератив­ного теплообменника с промежуточным дисперсным тепло­носителем, целью которого являлась проверка предложенного авторами метода соплового аэродинамического торможения в падающем слое. Увеличение времени пребывания частиц в теплообменнике за счет применения аэродинамического соп­лового торможения увеличивает концентрацию твердой фазы в зонах торможения и приводит к увеличению поверхности теплообмена.

Для исследования теплообмена при поперечном сопловом аэродинамическом торможении была построена эксперимен

В процессе проведения экспериментального исследования расстояние между рядами сопел изменялось от 100 до 400 мм. Для создания поперечного соплового аэродинамического тор­можения в сопла 3 подавался нагретый воздух, скорость ко­торого была в несколько раз больше скорости газа, подавае­мого снизу.

 В качестве теплоносителя применялись продукты сгорания газа бутан-пропан. Газ подавался в газовую горелку 20 и сжи­гался в печи 4,откуда поступал снизу в трубу 1, а затем вы­ходил по трубе 5 наружу, отдавая тепло материалу. Над тру­бой 1 располагался бункер 9, из которого подавался материал через открытую задвижку 6 и конус 7 в теплообменную каме­ру. В нижней части теплообменника нагретый материал про­ходил через конус 8 и поступал в трубу 10, а затем подхваты­вался воздухом и по трубе 11 попадал в бункер 9, а воздух но трубе 12 уходил наружу. Начальная температура матери­ала 14 и газа 15, конечные температуры их 13 и 16, а также температура воздуха 17 на входе в коллектор с соплами изме­рялись хромель-алюмелевыми термопарами, подсоединенны­ми к потенциометру ЭПП-09 18. Потери напора в трубе 1, кол­лекторе, а также расходы газа и воздуха измерялись микро­манометрами 19.

Принцип работы установки состоял в следующем. Диспер­сный материал (песок, чугунная дробь или другой материал) подавался в бункер 9, откуда через конус 7 поступал в тепло-обменную камеру. Навстречу движению материала подава­лись горячие газы. Из сопел 3 выходил воздух, который создавал дополнительное поперечное сопловое аэродинамиче­ское торможение, в результате чего материал получал спира­леобразное движение вниз и тем самым увеличивалось время соприкосновения горячих газов с материалом. Материал, пройдя теплообменный аппарат, увлекался воздухом и на­правлялся обратно по пневмотрубе // в бункер 9.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как известно, интенсивность теплообмена между теплоно­сителем и материалом определяется числом Нуссельта:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для экспериментального определения коэффициента теплооб­мена исследования проводились при стационарном режиме, наступление которого фиксировалось измерением температу­ры теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата.

При установлении стационарного режима осуществлялись все    необходимые    замеры. Полученные    экспериментальные