ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сложный теплообмен из "Высокотемпературные установки с псевдоожиженным слоем " В расчетах высокотемпературных псевдоожиженных систем часто приходится встречаться и с задачами сложного теплообмена, когда одновременно происходят лучистый обмен, кондукция и конвекция. Это главным образом задачи расчета теплообмена поверхностей со слоем. [c.97] С другой стороны, лучистый обмен между нсевдо-ожиженным слоем и телом не столь велик, как можно было бы ожидать по лучистым потокам к датчикам полного излучения. [c.98] Прежде всего не особенно высокие лучистые потоки мы будем иметь при режимах сравнительно медленной смены частиц (или их групп — пакетов ) около поверхности теплообмена (стенки). В этих условиях [Л. 223] обычный, подсчитываемый по разности температур стенки и ядра слоя коэффициент теплообмена по сути дела является коэффициентом теплопередачи из-за двух последовательно включенных между стенкой и ядром слоя термических сопротивлений — сопротивления пристеночной газовой прослойки и сопротивления самого пакета. Приближенно принимается, что лучистый обмен не сказывается на термическом сопротивлении пакета. Однако он уменьшает контактное сопротивление газовой прослойки, действуя параллельно с кондукцией и конвекцией. Очевидно, что при медленной смене пакетов, т. е. в условиях, когда не контактное сопротивление лимитирует общий теплообмен, сколь угодно высокое значение коэффициента теплообмена излучением не в состоянии существенно увеличить суммарный коэффициент теплопередачи. Это значит, что при медленной смене частиц у стенки температура их успевает настолько приблизиться к температуре стенки, что и лучистый, и кон-дуктивно-конвективный потоки чрезвычайно ослабевают, а эффективное а, подсчитанное по разности температур стенки и ядра слоя, становится во много раз меньше истинного, отнесенного к неизвестной действительной разности температур стенки и ближайшего к ней ряда частиц. [c.98] При сильном изменении температуры частиц у стенки, когда проявляется нелинейная зависимость его от времени экспозиции (контакта), нельзя ожидать аддитивности составляющих теплообмена, в том смысле что результирующее изменение температуры частиц будет несколько меньше суммы изменений, подсчитанных по действию отдельных составляющих. Каждая из составляющих теплового потока, добавляясь к остальным, будет как бы ослаблять их действие, переводя при заданном времени экспозиции суммарный процесс в область меньших средних температурных напоров между стенкой и первым рядом частиц. Здесь это будет в первую очередь не вытеснение какой-либо одной из составляющих, а именно взаимное ослабление действий отдельных составляющих. [c.99] В принципе для режимов медленной смены частиц (пакетов) у стенки можно рассчитать лучистую составляющую обмена, как это показано в [Л. 35], методом последовательных приближений для тех или иных расчетных ситуаций, задаваясь средней толщиной газовой прослойки между стенкой и пакетом (частицами первого ряда). Эту толщину и ее зависимость от различных факторов пока не удается определить прямым экспериментом. Учитывая это, наибольший интерес представят непосредственные измерения лучистых потоков от псевдо-ожиженного слоя зондом с прозрачной перегородкой с регулируемым охлаждением (известной и регулируемой температурой). [c.99] к весьма чувствительно к порозности слоя и обратно зависит от нее [Л. 141] и поэтому достигает своего максимума при умеренных значениях т. Что же касается Ол, то его значение при обычно достаточной толщине слоя будет возрастать с ростом порозности, когда поверхность тела будет лучше видеть не только ближайшие к ней и несколько охлажденные, но и все новые дальние ряды раскаленных частиц. Этот эффект может ослабляться теплопрозрачностью частиц. Пока скорость частиц возрастает с увеличением скорости фильтрации, следует ожидать монотонного, постепенно замедляющегося и не всегда большого увеличения ал- Это может приводить к более плоским максимумам Ос для высокотемпературного слоя, чем для низкотемпературного. В условиях плоского максимума должно будет происходить перераспределение л и Ок.к, лучистая составляющая будет постепенно вытеснять кондуктивно-конвектив-ную по мере увеличения скорости фильтрации. При малых скоростях фильтрации ал далеко от упомянутого в Л. 141] максимального значения, равного при некотором преувеличении степени черноты слоя СоХ X ei[(0K /lOO)4—(Гст/100)4]. Нельзя признать удачным, что в [Л. 141] уже в самом обозначении этой максимальной величины Ол отсутствует соответствующий индекс. [c.100] Так обстоит дело до довольно высоких температур, что хорошо иллюстрируют опытные данные [Л. 169, 333, 335] (рис. 3-18). [c.101] На основе описанных выше представлений следует отметить принципиальную возможность получения в высокотемпературном псевдоожиженном слое более высоких ас,макс, чем были до сих пор достигнуты. [c.101] Увеличение ас.макс возможно за счет быстрого искусственного перемешивания слоя без повышения его иорозности вокруг погруженного неподвижного тела или за счет равноценного движения самого тела. Таким равноценным может быть не всякое движение, а лишь обеспечивающее отсутствие сколько-нибудь значительной длительности контактирования поверхности тела с одними и теми же частицами. [c.101] В случае подвода тепла в псевдоожиженный слой сжиганием в нем топлива трубчатая насадка может быть несколько приподнята над газораспределительной решеткой. [c.102] Отметим еш е, что использование форсированных режимов, позволяющих реализовать большие лучистые потоки в высокотемпературных системах, особенно перспективно, когда высокую температуру имеет сам псевдоожиженный слой, а теплообменная поверхность охлаждается до сравнительно низких температур водой или жидким органическим теплоносителем. Как известно, для таких систем даже при весьма высокой температуре псевдоожиженного слоя кондуктивные составляющие а невелики из-за низкой теплопроводности пристеночного слоя газа,- имеющего температуру, более близкую к температуре стенки, чем к температуре ядра слоя. При быстрой смене частиц ал не лимитируется этой низкой температурой. [c.102] В опытах использовались узкие фракции кварцевого песка со средними размерами частиц от 1420 до 280лг ш и электрокорунд со средним размером частиц 95 мкм. Ленточная спираль погружалась в псевдоожиженный слой и нагревалась протекавшим ло ней электрическим током. Температура спирали изменялась от опыта к опыту в пределах от 115 до 950° С. [c.103] Опытные данные и некоторые расчетные величины приведены в табл. 3-3. Поправку К. ВТ на высокотемпературные условия, т. е. поправочный множитель к ак.кмакс, найденному по основной формуле, подсчитывали, как показано в [Л. 152]. [c.103] При выводе формулы (3-24) было принято, что при расчетных температурах системы /ст= 250°С коэффициент /Свт=Т и что он также равен единице (т. е. поправку не надо вводить) при всех температурах, если диаметр частиц меньше 250 мкм. [c.103] Структура формулы (3-24) такова, что подстановка температур ниже 250° С и диаметров менее 250 мкм лишена смысла. [c.104] Формула (3-24) соответствует опытным данным [Л. 152] с отклонениями, не превышающими 10,5%, а данным для наиболее крупных частиц, когда поправка Квт наиболее существенна, с погрешностью не выше 3,35%. [c.104] В кажущемся противоречии с нашим утверждением, что поправку на теплообмен излучением к а, подсчитанному без его учета, приходится вводить при крупных, а не мелких частицах, находится вывод работы [Л. 619]. Авторы пришли к заключению, что роль излучения в общем теплообмене стенки с псевдоожиженным слоем увеличивается с ростом времени экспозиции частиц у стенки и уменьшением их диаметра. Вывод этот правилен, но довольно тривиален. Его можно было бы получить из элементарных соображений об асимптотическом увеличении л при сближении температур излучателя и приемника излучения. Применение мелких частиц и больших времен экспозиции (медленной смены) частиц у излучающей стенки, конечно, способствует такому сближению. Однако подобные режимы работы соответствуют ничтожным лучистым и суммарным тепловым потокам и поэтому не применяются в обычных теплообменниках. [c.105] Результаты наших опытов относятся к условиям интенсивного теплообмена. [c.105] Вернуться к основной статье