Продольное перемешивание

Продольное обтекание пластины. Локальный коэффициент теплоотдачи (на расстоянии Х=х/1 от начала пластины) при ламинарном течении теплоносителя (ЖИДКОСТИ) В ПОГраНЙЧНОМ СЛОе можно

1. Продольное обтекание труб. На основании теории подобия теплообмен при движении жидкости внутри труб характеризуется формулами типа (6-12) и (6-13). Многочисленные опыты показали, что эти зависимости могут быть представлены степенным уравнением:

Гидродинамический пограничный слой. Рассмотрим продольное обтекание плоской поверхности тела безграничным потоком жидкости, Скорость и температура набегающего потока постоянны и равны соответственно зУо и ^о- ,При соприкосновении частиц жидкости с поверхностью тела они «прилипают» к ней. В результате в области около пластины вследствие действия сил вязкости образуется тонкий слой заторможенной жидкости, в пределах которого скорость изменяется от нуля на поверхности тела до скорости невозмущенного потока (вдали от тела). Этот слой заторможенной жидкости получил название гидродинамического пограничного слоя. Теория гидродинамического пограничного слоя впервые дана Л. Прандтлем (1904 г.).

Котлы-утилизаторы типа «Стерлинг» и ЛМЗ представляют собой многобарабанные водотрубные котлы с естественной циркуляцией. Наибольшее распространение в этой группе получили четырехбарабанные вертикально-водотрубные котлы, рассчитанные на выработку пара давлением 2,0 МПа. Такие котлы устанавливаются за отражательными печами, температура уходящих газов в которых достигает 1200—1250°С. В медеплавильной промышленности за анодными и ваиербарсовыми печами применяют также трехбарабанный котел-утилизатор ЛМЗ производительностью 8 т/ч пара, давлением 1,7 МПа, рассчитанный на температуру газов перед котлом 1000—1100°С. Котлы типа «Стерлинг» и ЛМЗ были установлены в довоенные пятилетки. Эти котлы характеризуются тем, что кипятильные пучки у них выполнены из труб большого диаметра (83 мм и более) с большими продольными и поперечными шагами для предотвращения забивания сечения газохода уносом. В этих котлах применяется продольное обтекание газом кипятильных пучков.

Пучок стержней или труб с поперечным оребрением (продольное обтекание газами). Коэффициент сопротивления трения для однозаходного оребрения рассчитывается как произведение четырех сомножителей:

4.3. КОЭФФИЦИЕНТЫ ТЕПЛООТДАЧИ В ПУЧКАХ СТЕРЖНЕЙ (ПРОДОЛЬНОЕ ОБТЕКАНИЕ)

Круглые трубы (20). Кольцевой зазор (20). Гладкие пучки круглых стержней (21). Пучки стержней с проволочной навивкой (22). Пучок стержней или труб с поперечным оребрением (продольное обтекание газами) (22). Изогнутые трубы (змеевики) (22).

Поперечное обтекание применяют при низких значениях скорости теплоносителя, при высоких значениях скорости более целесообразно использовать продольное обтекание.

33. Продольное обтекание пучка гладких труб

\ / 34. Продольное обтекание газом труб с продольным ! / пластинчатым оребрением [45]

35. Продольное обтекание газом пучка труб с гофрированным ленточным оребрением [45]

по — псевдоожижающий газ; пр — продольное перемешивание, предельная степень черноты;

Рис. 1-6. Продольное перемешивание частиц в слое, псевдоожиженном в насадке [Л. 509].

Однако и молекулярная диффузия, но не вдоль, а поперек потока псевдоожи-жающего агента, может оказывать сильное влияние на эффективное продольное перемешивание газа в случаях резко неравномерного профиля скоростей течения газа по сечению слоя. При попадании газа за счет поперечного перемешивания

В [Л. 600], на наш взгляд, неудачно конвективным продольным перемешиванием названо всякое перемешивание, вызванное неравномерностью поперечного профиля скоростей газа псевдоожижающего слой. При такой терминологии в конвективное продольное перемешивание попадает и перемешивание, вызванное поперечным переносом газа за счет молекулярной диффузии.

преимуществ ведения .процессов в псевдоожижеином слое. Этот способ не лишен и существенных недостатков (продольное перемешивание материала, эрозия труб). Представляется целесообразным подробно остановиться на преимуществах псевдоожижения, его недостатках и спосо'бах их преодоления лишь после детального рассмотрения гидродинамики л теплообмена в реальных псевдоожиженных слоях.

В заключение вводных замечаний отметим, что и мнение Лева [Л. 988] о чисто вторичном характере перемешивания текучего в псевдоожиженном слое неправильно, так как даже в неподвижном слое частиц происходит фильтрационное перемешивание среды, а из-за неравномерности профиля скоростей создается эффект, проявляющийся как продольное перемешивание.

Кэйрнс и Праузниц [Л. 1104] исследовали продольное перемешивание воды в псевдоожиженных слоях шариков: стеклянных (d = 3,2 мм) и свинцовых (d=\,3 и 3,0 мм) в трубах диаметром -0 = 50 и 100 мм на осевом расстоянии в пять диаметров слоя от места ввода трассирующего электролита — раствора нитрата натрия. Электролит вводился одновременно в 156 точках сечения и уже на осевом расстоянии в пять диаметров частиц неравномерность профиля .концентрации электролита не превышала 9% при 'непрерывной его подаче. С помощью обводной линии и скоростного соленоидного переключающего клапана было можно внезапно прекращать поступление электролита. Получены радиальные профили электрической проводимости с помощью малых зондов диаметром 3 мм, позволявших измерять электропроводность объемов порядка 1 мм3. Концентрация электролита принималась пропорциональной электропроводности. На интенсивность продольного перемешивания сильно влияет порозность слоя, и максимальное перемешивание наблюдалось при m — 0,7. Коэффициенты эффективной продольной турбулентной диффузии зависели прямо от объемного веса частиц и от соотношения диаметров слоя и частиц DT/d. Коэффициент трубулентной диффузии является фунцией произведения характеристической длины на характеристическую скорость, и неравномерный профиль скоростей фильтрации приводит к леравномерно-

Наличие трассера ниже точки его подачи по оси псевдоожиженного слоя (рис. 5-11). наглядно показывает, что происходит обратное (продольное) перемешивание газа. Радиальные профили концентр-аций (рис. 5-12) в отличие от аналогичных профилей однородных слоев (псевдоожиженных капельными жидкостями) демонстрируют немонотонное радиальное изменение концентрации — наличие минимума на уровнях выше места подачи трассера. Лева [Л, 988], описывая эти результаты не совсем правильно, объясняет наличие минимума нисходящим движением газа между ядром (core) и периферийным кольцом псевдоожижен-

где t — время после прекращения подачи трассера. Это выражение позволяет по опытным данным оценить, в какой мере действительное продольное перемешивание среды в псевдоожиженном слое приближается к идеальному. На рис. 5-18 в координатах С/С0 и т/10

опытов Джилиленда и Мэзона согласно рис. 5-18 псевдоожиженныи слой показал продольное перемешивание газа (гелия), близкое к полному (несмотря на малую адсорбцию трассера частицами). Это видно и на рис. 5-19, где опытные точки и теоретическая линия полного перемешивания нанесены в полулогарифмических координатах. Однако при Относительно высоких 212

исевдоожиженных слоях, т. е. больших Я/?)т, продольное перемешивание газа уменьшается. Тенденция к ослаблению продольного перемешивания при прочих равных условиях усиливается с увеличением размера частиц [Л. 988].