Глава 11. Гидродинамика двухфазного потока

Для конвективного и комбинированных спо­собов сушки характерны определенные усло­вия взаимодействия газового потока и материала, обусловливаю­щие протекание процесса. В зависимости от режимов взаимодей­ствия газового потока с материалом сушильные установки можно разделить на следующие группы:

сушилки, в которых процесс сушки протекает при омывании потоком газа спокойного слоя материала или изделия. Для зер­нистых материалов газовый поток может проходить вдоль слоя материала или через него (фильтрация);

сушилки, работающие в режимах, обеспечивающих полувзве­шенное или пульсирующее состояние слоя зернистого материала;

распылительные и пневматические сушилки, в которых сушка дисперсных материалов производится во взвешенном состоянии.

При прохождении газового потока через слой дисперсного материала возникают силы давления потока (сопротивления слоя), которые возрастают по мере увеличения его скорости. В области скоростей газа, при которых сила давления меньше силы тяжести слоя материала, последний остается в спокойном состоянии. Твер­дые частицы находятся в тесном соприкосновении друг с другом, расстояния между ними и объем слоя остаются постоянными. С повышением скорости газового потока, когда сила давления ста­новится равной силе тяжести слоя материала, он приобретает но­вые свойства и находится в полувзвешенном состоянии. В это^ случае объем слоя несколько увеличивается, частицы движутся в определенных пределах объема. Частицы материала находятся в полувзвешенном (кипящем) состоянии в довольно широком диа­пазоне изменения скорости газового потока. При дальнейшем по-;

вышении скорости газов (взвешенное состояние) начинается унос частиц из слоя (пневмотранспорт). Таким образом, исходя из гидро­динамических условий процесса, можно считать, что имеются две области устойчивого состояния материала: в спокойном слое и при пневмотранспорте. Полувзвешенное состояние (кипящий слой) является переходной гидродинамической областью с неустойчи­выми режимами движения частиц материала. Поэтому изучение закономерностей поведения слоя в полувзвешенном состоянии наи­более сложно.

На рис. III-1 схематично показано изменение сопротивления, высоты и порозности слоя материала в зависимости от скорости газового потока. Гидравлическое сопротивление слоя Ар с увели­чением  скорости газа возрастает по степенному закону.

При определенной скорости газа, называемой критической, слой разбухает и переходит в псевдоожиженное состояние. Область скоростей от u — 0 до u = u_кр является  областью спокойного слоя (1). Порозность е и высота слоя h остаются постоянными. С дальнейшим увеличением скорости газа сопротивление слоя практически не изменяется и приближенно равно его весу (на­грузке, в кгс/м²). В случае повышения скорости на границе спо­койного и псевдоожиженного слоев наблюдается скачок гидравли­ческого сопротивления, при уменьшении же скорости воздуха, т. е. при переходе от полувзвешенного состояния к спокойному, такого скачка не наблюдается (гистерезис). Явление гистерезиса можно объяснить тем, что для приведения частиц в движение необходимо затратить дополни­тельную энергию на преодоление поверхностных сил сцепления. Величина скачка зависит от разме­ров частиц, их укладки и состоя­ния поверхности. Несколько мень­шее значение гидравлического со­противления слоя в области / при уменьшении скорости объяс­няется, вероятно, более рациональ­ной укладкой слоя полидисперс­ного материала. В области псевдо­ожижения II порозность и высота слоя непрерывно увеличиваются; обычно в практических условиях значение порозности е в этой области изменяется в пределах 0,55—0,75. Переходное состояние от псевдоожижения к пневмотран­спорту (е = 0,9 и выще) иногда называют разбавленной фазой.

При скорости газа, превышающей скорость витания частиц (и_в, в м/сек), начинается область пневмотранспорта (III), в кото­рой гидравлическое сопротивление слоя непрерывно повышается, а высота его может быть неограниченно большой.