Федотова К.С.
МОДЕЛЬ ГИДРОДИНАМИКИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ В ТОПКЕ КОТЛА Е-16-21-350 ГДМВ *
Аннотация:
в работе представлены расчёты показателей гидродинамических характеристик кипящего слоя, скорости начала процесса «кипения» и изменения высоты в процессе развития «кипящего слоя». Приведены графические зависимости для вариантных значений размеров топливных частиц, наиболее приемлемых для сжигания в топках с кипящим слоем.
Ключевые слова:
гидродинамические характеристики, кипящий слой, топка котла, псевдоожижение
Методика псевдоожижения двухфазная система твёрдые частиц- газ или жидкости может существовать при определенных условиях. Внутренняя структура такого слоя характеризуется перемещением твердых частиц относительно друг друга за счет подвода энергии воздействием ожижающих агентов или вибрации. Система в таком состоянии обладает многими свойствами капельных жидкостей, что делает возможным использование этого состояния для интенсификации многих технологических процессов. Псевдоожижение образуется в слое зернистого материала, называемого псевдоожиженным или кипящим слоем.Наиболее простой способ получения псевдоожиженного слоя - продувка снизу слоя зернистого материала газом. Гидродинамическая картина состоит из ряда особенностей, которые определяются расходом и скоростью протекающего через слой газа: При малых расходах и скорости газа процесс прохождения газа через слой напоминает фильтрацию. При малом размере частиц и сравнительно невысоких скоростей газа режим движения в слое ламинарный (однородный псевдоожиженный слой). При крупном размере частиц и сравнительно высоких скоростей газа режим движения в слое переходный и турбулентный (неоднородный псевдоожиженный слой). При значительных скоростях газа и малом размере частиц - унос продукта. В зависимости от геометрии аппарата имеют место различные физические картины псевдоожижения.При одинаковом соотношении диаметра аппарата (газовой решетки) и его высоты 1:1 имеет место однородный псевдоожиженный слой.При коническом сечении аппарата, либо при площади газовой решетки менее площади сечения аппарата имеет место фонтанирующий слой, когда четко заметна неравномерность скорости перемещения частиц материала по продольному сечению аппарата.При соотношении высоты и диаметра аппарата более единицы имеет место поршнеобразование. При соотношении высоты и диаметра аппарата менее единицы имеет место каналообразование. Ниже приведена методика расчета гидродинамических характеристик кипящего слоя.Фиктивная скорость представляется в виде формулы (1):где:- объемный расход топлива, м/с,F – площадь поперечного сечения, м2.Сопротивление слоя.Удельная поверхность частицы представляется в виде формулы (2):где:- фактор формы частицы,- диаметр частицы, м.Число Рейнольдса определим по формуле (3):где:- динамическая вязкость частицы, Па ∙ с,- плотность частицы, кг/м3.Коэффициент сопротивления определим по формуле (4):Сопротивление слоя определим по формуле (5):где:Н- высота слоя, м,- порозность слоя.Сопротивление слоя определим по формуле (6):Сопротивление слоя 3 способ:Начальное число Рейнольдса для псевдоожиженного слоя определим через Критерий Архимеда:Критическая скорость:Число Рейнольдса свободного витания:Скорость свободного витания:Порознь псевдоожиженного слоя:Высота псевдоожиженного слоя:Произведем расчет по формулам (1) – (14):Сопротивление слоя.Удельная поверхность частицы, находящейся в слое:здесь - диаметр частицы, м.Число Рейнольдса определим по формуле:где:- динамическая вязкость частицы, Па∙с,- плотность частицы, кг/м3.Коэффициент сопротивления:Сопротивление кипящего слоя составит:Пагде:Н- высота слоя, м,- порозность слоя.Сопротивление слоя:ПаСопротивление слоя с учетом порозности слоя:ПаНачальное число Рейнольдса для псевдоожиженного слоя.Критерий Архимеда:Критическая скорость:Число Рейнольдса свободного витания:Скорость свободного витания:Порозность псевдоожиженного слоя:Высота псевдоожиженного слоя соответствует значению:Рисунок 1. Зависимость гидравлического сопротивленияслоя от скорости начала процесса псевдоожижжения.Рисунок 2. Зависимость гидравлического сопротивления от высоты псевдоожиженного слоя.Анализ рисунков 1-2 показывает, что начало псевдоожижения наступает при равенстве силы гидравлического сопротивления слоя весу всех частиц. Однако в действительности перепад давлений в слое, соответствующий = 2 м/с непосредственно перед началом псевдоожижения, значительно больше, чем это необходимо для поддержания слоя во взвешенном состоянии, что объясняется действием сил сцепления между частицами слоя, находящегося в покое.Для высоты кипящего слоя =2 м, гидравлическое сопротивление составило оценочно 1200 Па, что соответствует скорости начала процесса псевдоожижжения = 1,5 м/с.
Номер журнала Вестник науки №6 (87) том 2
Ссылка для цитирования:
Федотова К.С. МОДЕЛЬ ГИДРОДИНАМИКИ КИПЯЩЕГО СЛОЯ В ТОПКЕ КОТЛА Е-16-21-350 ГДМВ // Вестник науки №6 (87) том 2. С. 2395 - 2402. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/24175 (дата обращения: 17.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+