Моделирование и разработка методов расчета процессов гидродинамики и тепломассообмена в аппаратах с центробежным псевдоожиженным слоем

• Автор: Агапов, Юрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 313 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ПСЕВДООЖИЖЕННОГО СЛОЯ В ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ И АППАРАТАХ

1.1. Предпосылки эффективного использования принципа кипящего

слоя в тепломассообменных процессах и аппаратах

1.2. Гидродинамика тонкого направленно перемещающегося

псевдоожиженного слоя

1.3. Межфазный тепломассообмен в тонком псевдоожиженном слое дисперсного материала

1.4. Влияние различных факторов на эффективность использования псевдоожиженного слоя в теплотехнологических установках

1.5. Особенности трехфазного псевдоожижения

1.6. Выводы
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ
И ГИДРОДИНАМИКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ПСЕВДООЖИЖЕННОГО
2.1. Особенности процесса формирования центробежного псевдоожиженного слоя
2.2. Движение центробежного псевдоожиженного слоя
2.3. Выводы
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОБМЕНА
В ЦЕНТРОБЕЖНОМ СЛОЕ
3.1. Влияние центробежных сил на интенсивность межфазного
теплообмена
3.2. Распределение температур газов и частиц по контуру циркуляции
3.3. Распределение температур теплоносителей при трехфазном псевдоожижении
3.4. Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ
И ТЕПЛООБМЕНА В ЦЕНТРОБЕЖНОМ СЛОЕ
4.1. Общий вид критериальные уравнений и планирование экспериментов
4.2. Экспериментальная установка и оценка точности измеряемых параметров
4.3. Экспериментальное исследование газораспределительных устройств, формирующих центробежный слой
4.4. Сравнение центробежного слоя с направленно перемещающимся псевдоожиженным слоем в прямолинейном канале
4.5. Экспериментальное исследование процесса формирования
и гидродинамики центробежного слоя
4.6. Экспериментальное исследование межфазного теплообмена
в центробежном слое
4.7. Выводы
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО ПСЕВДООЖИЖИЖЕННОГО СЛОЯ
5.1. Определение общего вида критериальных зависимостей
5.2. Экспериментальная установка и методика исследований
5.3. Экспериментальное исследование гидродинамики и тепломассообмена
5.4. Выводы
6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННИКОВ
С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ СЛОЕМ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
6.1. Распределение температур теплоносителей в аппарате
6.2. Определение коэффициентов тепловой эффективности теплообменников
6.3. Исследование абразивного износа и перетоков в теплообменнике
6.4. Выводы
7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АППАРАТОВ
С ТРЕХФАЗНЫМ ПСЕВДООЖИЖИЖЕННОМ СЛОЕМ
7.1. Исследование воздухоохладителей испарительного типа
7.2. Исследование аппарата для очистки вентвыбросов
7.3. Сравнение воздухоохладителя с вентиляторной градирней
7.4. Исследование процесса сушки мелкозернистых материалов
в центробежном псевдоожиженном слое
7.5. Выводы
8. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИИ
ПАРАМЕТРОВ АППАРАТОВ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ СЛОЕМ
8.1. Методика конструктивного расчета теплообменника
8.2. Методика расчета воздухоохладителя
8.3. Методика расчета охладителя жидкости
8.4. Методика расчета сушильной установки
8.5. Определение оптимальных параметров аппаратов
8.6. Выводы
9. ТЕХНИКО ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
АППАРАТОВ С ЦЕНТРОБЕЖНЫМ СЛОЕМ И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
9.1. Сравнительная эффективность теплообменников с центробежным слоем и аппаратов других типов
9.2. Техникоэкономическая эффективность аппаратов с трехфазным псевдоожиженным слоем
9.3. Реализация результатов исследований
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
4 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Ь ,

I Фщ. Рис. Аппарат работает следующим образом. Высушиваемый материал непрерывно поступает через бункер в секцию 8 верхней камеры 3, туда же поступает горячий воздух из нижней секции 8. Под действием направленных струй воздуха материал псевдоожижается и перемещается по кольцевому каналу через окно 6, секцию 7, к переточному окну 9. В секции 7 материал подвергается обработке холодным воздухом. Затем через окно 9 материал пересыпается в нижележащую кольцевую камеру 3, где движение его повторяется. Материал выгружается через бункер , а сушильный агент выводится из аппарата через отсеки , газоотводящего короба . Воздух, встречаясь с мелкозернистым материалом, переводит его в псевдоожиженное состояние и одновременно перемещает по кольцевому тракту. Принцип псевдоожижения в поле центробежных сил за счет направленного дутья положен в основу разработки конструкции регенеративного теплообменного аппарата , схема которого приведена на рис. Теплообменник состоит из двух полукольцевых в поперечном сечении камер горячей 1 и холодной 2 , которые разделены между собой перегородками 4 с перетечными окнами 5 и 6. Перегородки установлены наклонно к горизонтально расположенному газораспределительному устройству под углом, равным углу выхода потока газов из него. Газораспределительное устройство 3 состоит из внутреннего 7 и наружного 8 бандажных ободов, между которыми закреплены профильные лопатки 9, обеспечивающие изменение направления движения потока газов и его выход под углом к горизонтальной плоскости. При подаче отходящих газов снизу вверх через горячую камеру и воздуха через холодную, частицы мелкозернистого материала переходят в псевдоожиженное состояние и начинают перемещаться в сторону наклона струи газов и воздуха т. Таким образом, обеспечивается циркуляция мелкозернистого материала промежуточного теплоносителя в теплообменнике. Мелкозернистый материал, получив теплоту в одной горячей камере, нагревает воздух в другой. Рис. Регенеративный теплообменник с центробежным
Псевдоожиженный слой частиц перемещается в горизонтальной плоскости вдоль кольцевого газораспределительного устройства, плавно изменяя направление своего движения, что обеспечивает устойчивую циркуляцию в теплообменнике. В процессе теплопереноса участвует весь мелкозернистый промежуточный теплоноситель. В установившемся режиме работы теплообменника осуществляется равномерное движение частиц по всему кольцевому контуру циркуляции, что требует затрат энергии псевдоожижающих газов лишь на псевдоожижение мелкозернистого материала и преодоление сил его трения о решетку и стенки камер. Для исключения оголения решетки у внутренней цилиндрической стенки при работе на больших скоростях ожижающих агентов в таком аппарате необходимо выполнить газораспределительное устройство в виде кольцевой воронки или трека, имеющей уклон к центру . В этом случае сначала будут ожижаться и перемещаться частицы, расположенные у наружной цилиндрической стенки, т. С увеличением расхода газов будет увеличиваться и ширина кольца перемещаемого материала. При этом возникающие центробежные силы прижимают частицы к газораспределительной решетке, противодействуя подъемной силе газов. В результате этого рабочий диапазон скоростей ожижающих газов увеличивается . Весьма перспективно использование псевдоожиженного слоя в аппаратах испарительного охлаждения воздуха, использующих термодинамическую неравновесность атмосферного воздуха психрометрическую разность температур, которая является возобновляемым энергоресурсом для получения холода в системах кондиционирования воздуха 9, . Схема такого охлаждающего устройства приведена на рис. Охлаждающее устройство содержит камеры 1 и 2, частично заполненные дисперсным материалом, сообщенные между собой окнами 3 и 4 для перетока дисперсного материала, выполненными в общей стенке 5. Камеры 1 и 2 снабжены патрубками 6, 7, 8 и 9 подвода и отвода ожижающего воздуха соответственно. Патрубок 8 камеры 2 соединен переточной трубой с патрубком 7 камеры 1. Труба снабжена заслонкой И.