Глава 14. Гидродинамика аэрофонтанных установок

Аэрофонтанные сушилки, впервые разработанные во ВТИ им. Дзержинского [95], по гидродинамическому режиму отли­чаются от сушилок с кипящим слоем. Высушиваемый материал вводят в камеру снизу вместе с газом или сверху. Камера пред­ставляет собой усеченный конус, обращенный широким основа­нием вверх, в направлении газового потока. Газовый поток подни­мается по центральному каналу вместе с частицами материала (рис. V-33), при этом создается устойчивый режим пневмотранс­порта. Скорость газов в узком сечении обычно близка к скорости витания частиц; иногда принимают и_т > и_в (как для пневмотранс­порта). Из верхней части фонтана твердые частицы отбрасываются радиально к периферии, где образуется кольцевой опускающийся слой. В этом кольце твердые частицы движутся вниз под действием силы тяжести без существенного изменения их относительного положения.

Сочетание двух совершенно различных режимов — пневмо­транспорта и движущегося плотного слоя — создает характер­ную циркуляцию материала и является особенностью гидродина­мики аэрофонтанных установок.

В цилиндрической части камеры скорости газа значительно меньше  скоростей витания, и при определенных условиях могут создаваться режимы, характерные для кипящего слоя. Аэрофон­танные режимы наблюдаются в аппаратах с углом конуса 90° <а < 180°. К анализу аэро­фонтанного режима можно подойти и с точки зрения теории двухфазных затопленных турбулентных струй в плотном слое материала. Исходя из этой теории, можно определить про­филь скоростей, гидравлическое со­противление, глубину действия струй и т. д.

Гидравлическое сопротивление обусловливается режимом централь­ного восходящего потока (фонтана). На рис. (III-9) показана зависимость гидравлического сопротивления от скорости газа для кипящего и фон­танирующего слоев. Отличительной особенностью аэрофонтанного режима (кривая 2) по сравнению с кипящим слоем является боль­шой скачок давления при переходе слоя из неподвижного состоя­ния в подвижное (величина Дя_к).

Такой скачок объясняется тем, что при фонтанировании слой переходит в подвижное состояние при больших значениях средней по высоте скорости газового потока, чем в кипящем слое. Кроме того,  фонтан образуется при скорости газового потока, превыша­ющей критическую скорость кипения, так как в первом случае скорость газа относится к меньшему сечению (диаметр корня струи). Если принять за начало фонтанирования критическую скорость кипения газовой струи на выходе из слоя, то началь­ная скорость фонтанирования будет зависеть от высоты слоя. После образования фонтана сопротивление слоя падает и может быть больше или меньше сопротивления кипящего слоя той же высоты. Величина его зависит не только от концентрации твердых час­тиц в ядре, но и от скорости газа (как при пневмотранспорте).

До настоящего времени гидродинамика аэрофонтанного режима изучена недостаточно. Ниже приводятся приближенные эмпири­ческие соотношения для определения гидравлического сопро тивления слоя  при рассматриваемом режиме.

В. Г. Айнштейн и др. [13] провели опыты с кварцевым песком (диаметр частиц б = 0,244 мм) в коническом аппарате высотой 0,4 м и диаметром меньшего сечения 0,05 м. Углы раствора ко­нуса а  составляли 10, 20, 30, 40 и 60°.

В результате обработки опытных данных была получена зависимость:

При небольших высотах слоя и а = 15° применимо уравне­ние (III-56), a при D/d₀. > 2 рекомендуется [13] уравнение (II1-57).

Необходимо отметить, что начальная скорость фонтанирова­ния и_ф при определенных углах конуса зависит от высоты слоя. Поэтому уравнения (II1-56) и (II1-57) применимы только для приближенных  расчетов в узких границах изменения высоты слоя. Кроме того, по этим уравнениям нельзя получить профиль фон­тана, так как в них не учитываются начальные параметры струи газа при входе в слой и высота слоя.