Теплообмен и аэродинамика в регенеративном воздухоподогревателе с направленно перемещающимся псевдоожиженным слоем

• Автор: Агапов, Дмитрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.23.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР КОНСТРУКЦИЙ И ОСОБЕННОСТЕЙ ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ДИСПЕРСНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
1.1 .Конструкции воздухоподогревателей с псевдоожиженным слоем 10 1.2.Основные закономерности псевдоожиженного слоя и их влияние на
конструкцию теплообменных аппаратов
1.2.1. Аэродинамические особенности процессов псевдоожижения и перемещения слоя и его основные характеристики
1.2.2. Межфазный теплообмен между газами и твердыми частицами
1.3.Выводы
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В НАПРАВЛЕННО ПЕРЕМЕЩАЮЩЕМСЯ СЛОЕ
2.1.Особенности формирования и движения слоя
2.2.Определение температур газов и частиц по контуру их циркуляции
2.3.Выводы
3 ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИКИ
И ТЕПЛООБМЕНА В ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЕ
3.1.Описание экспериментальной установки и методика проведения
исследования
3.2.Общий вид критериальных уровнений и планирование
экспериментов
3.3.Экспериментальное исследование газораспределительных
устройств и их сравнение
3.4.Экспериментальные исследования аэродинамики псевдоожиженного слоя
3.5.Экспериментальные исследования межфазного теплообмена

3.6.Сопоставление результатов экспериментальных исследований с результатами расчетов и данными других исследований
3.7.Выводы 115 4 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА
ВОЗДУХОПОДОГРЕВАТЕЛЕЙ С ПСЕВДООЖИЖЕННЫМ СЛОЕМ И ИХ ТЕПЛОВАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
4.1 .Оптимизация режимных и конструктивных параметров аппарата 116 4.2.Особенности и порядок расчета воздухоподогревателя
4.3.Определение коэффициентов тепловой эффективности
многоступенчатых теплообменников
4.4.Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ А. Патенты
ПРИЛОЖЕНИЯ Б. Акты внедрения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 года, предусматривает значительное снижение энергоемкости производства и повышение тепловой эффективности теплотехнических процессов за счет всемерной экономии топлива и энергии. Одним из резервов повышения экономичности теплоиспользующих установок является глубокая регенерация и утилизация теплоты отходящих от них газов. Использование отходящих газов для подогрева воздуха, подаваемого в топки, системы вентиляции и другие теплотехнологические установки, является важнейшим способом повышения их тепловой эффективности. Поэтому дальнейшее совершенствование и создание компактных, высокоинтенсивных и технологичных в изготовлении воздухоподогревателей является актуальной задачей.
Применение направленно перемещающегося псевдоожиженного слоя мелкозернистого материала в качестве промежуточного теплоносителя в регенеративных теплообменниках позволяет значительно интенсифицировать теплообмен между газообразными теплоносителями, что обусловлено такими их преимуществами, как высокие значения коэффициентов межфаз-ного теплообмена, текучесть, большая удельная поверхность теплообмена, возможность организации противоточной схемы движения газообразных теплоносителей для глубокого использования теплоты отходящих газов при многоступенчатом нагреве воздуха. Перемещение твердых частиц промежуточного теплоносителя обеспечивается за счет действия направленных струй газовых потоков, формирующихся в газораспределительных решетках, что обуславливает отсутствие транспортирующих устройств твердой фазы в теплообменном аппарате. Однако в настоящее время нет достаточных сведений об аэродинамике, теплообмене и механизме движения частиц в аппаратах такого типа, которые послужили бы научной базой для разработки методики их инженерного расчета.

Соотношение (1.3) справедливо в диапазоне: 600<Яе<4250,
500<Рг<13200 и ограничено в применении, так как не учитывает влияние угла наклона жалюзийной решетки.
Для сопротивления центробежного псевдоожиженного слоя на горизонтальной трековой решетке
/ N0,67 , N0,
Ей = 0,129Яе

Ртр’52 ■ (1-4)

Соотношение (3.30) справедливо в следующем диапазоне параметров
500<Яе<4100; 0,9<Ём-<б,6; 1300 <<2350; 0,55 < Д, <1,22; 1,05< рр < 1,57. “э Рг
Для случая, при котором продуваемый промежуточный дисперсный теплоноситель движется плотным слоем при расчете сопротивления слоя можно использовать соотношение /14/
Ей = (17,75 • Яе"1 + 0,41 • Яе“0-08) е~2. (1,5)
При псевдоожижении в поле центробежных сил в /19/ рекомендуется для определения сопротивления слоя следующее соотношение:
ЛРс=1пГ’ (16)
2п Ввр
где Вр- ширина решетки, м; ю - скорость вращения слоя.
Экспериментальная проверка соотношения (1.6) показала, что его точность колеблется в пределах 75 - 100%, поэтому оно пригодно лишь для ориентировочных оценок. Кроме того, практическое использование соотношения (1.6) затруднено из-за отсутствия данных по определению параметра со, так как эта величина является сложной функцией от скорости ожижающе-го газа, размеров и плотности частиц, ряда других параметров. Отсюда следует, что для получения расчетной формулы по определению гидравлического сопротивления центробежного псевдоожижения слоя необходимо проведение специальных исследований. В качестве исходного для этого