Глава 14. Радиационный теплообмен движущихся дисперсных сред при физико-химических превращениях

Радиационный нагрев свободно падающего дисперсного материала может быть использован в тех случаях, когда по тем или иным причинам недопустим непосредственный кон­такт этого материала с теплоносителем (твердым или газо­вым) или когда предъявляют повышенные требования к «чистоте» получаемого материала или отработавших газов (унос в атмос­феру)  [1]. Как показали работы, проведен­ные в ИТиМО АН БССР, нагрев дис­персного материала в падающем слое при радиационной передаче тепла отличается чрезвычайной ин­тенсивностью, очень незначитель­ной продолжительностью процесса (секунды) [1—3].

Этот принцип нагрева был использован при тер­мическом разложении мелкодиспер­сных топлив — торфа, бурого угля, лигнина, т. е. тогда, когда с мате­риалом происходят глубокие физи­ко-химические изменения. Если представить себе весь про­цесс в совокупности всех явлений, то он может быть описан следую­щим образом.

С верхнего сечения цилиндриче­ской трубы АВСД равномерно в виде дождя сыплется дисперсный реагирующий материал, кото­рый через сечение СД попадает в сборную емкость (рис. 1). Газ, заполняющий трубу АВСД (представляющий собой смесь различных газов — летучих веществ разложения), также движется вниз, в направлении СД.

Средняя составляющая скоро­сти потока частиц материала (торфа) в направлении оси х и составляющая скорости газа в том же направлении могут быть различны. Следует учесть, что различные фракции могут вести себя по-разному как в отношении динамики движения, так и в отношении теплообмена.

Скорость газа надо рассматривать отдельно от скорости частиц и учитывать не только зависимость от х, но и зависи­мость от R. Нагрев частиц обусловливается излучением, кон­векцией и экзотермикой.

Температура торфа зависит не только от х, но и от R и не обязана совпадать с температурой газов, окружающих части­цу. Лучистая энергия поглощается и отражается частицами торфа. Лучи могут отражаться также от стенок самой трубы.

На характер движения частиц оказывают влияние соуда­рение их друг с другом, с газовыми вихрями, со стенкой; вяз­кость и движения газовых масс, реактивные силы, сила тя­жести.

Лучи могут поглощаться в газе, вызывая его нагрев. Здесь следует иметь в виду неравномерный состав газовой смеси вдольх. Может быть существенна и неоднородность газовой смеси в сечении х.

При выяснении поведения частицы могут быть интересны такие характеристики ее, как форма, изменение формы и удельного веса с нагреванием, выделение газов из нее, обра­зующих в результате прогрева облачко   вокруг этой частицы.

Скорость движения частиц торфа на торце АВ считается равной нулю. Предполагаем, что частиц много, в связи с чем можно применять к ним законы статистики.

Рассмотрим одну из возможных схем. Предположим, что:

1)           процесс считается стационарным;

2)           зависимость от радиуса не учитывается;

3)           все содержимое трубы рассматривается как однородная
смесь газов и торфа в каждом сечении х;

4)     смесь характеризуется величинами

5)           газ считается "идеальным;

6)     при учете теплообмена со стенкой трубы учитываетсятолько лучистый теплообмен. Конвекция вообще нигде не учитывается, что же касается прогрева газа и частиц торфа за счет непосредственного контакта газа со стенкой, то здесь им также пренебрегаем;

7)           при написании баланса энергии учитывается только нагрев торфа лучами. С другрй стороны, поглощение лучей в газе учитывается при расчете коэффициента(см. ниже). Следовательно, газ считается почти прозрачным для лучей.