Методы изучения процессов тепло- и массопереноса. Теплообмен излучением. Излучение и поглощение реальных тел, страница 33

Критические  скорости  определяются по  соответствующим   числам  Рейнольдса:

Частицы  внутри   кипящего  слоя  перемещаются  хаотически,  с  различными  скоростями,  интенсивно  перемешиваясь  под  действим  турбулентных  пульсаций.  При  их  соударениях  разруша-ется  пограничный  слой,  препятствующий  переносу  тепла,  поэтому  теплоотдача  в  кипящем  слое  в  20 – 30  раз  больше,  чем  в  плотом.

Высокий  коэффициент  теплоотдачи  и  большая  поверхность  частиц (1 см3 частиц  диаметром  0,1 мм  имеет  площадь  поверхности  более  300  м2)  обеспечивает  интенсивный  теплообмен  между  сре-дой  и  частицами,  поэтому  при  установившемся  режиме  темпера-тура   по  всему  объему  слоя  практически  одинакова.

Источником  тепла  в  установках  кипящего  слоя ,  в  зависимо-сти  от  их  назначения  и  температурного  уровня,  может  быть  как  топливо,  так   и  электроэнергия.  Используют  кипящий  слой  для  нагрева  или  охлаждения  зернистого  материала,  а  также  как  про-межуточный   теплоноситель  при  нагреве  металлических  изделий.  Коэффициент  теплоотдачи  к  поверхности  нагреваемого  изделия  в  этом  случае  увеличивается  с  ростом  температуры  слоя  и  плотнос-ти  частиц,  с  уменьшением  их  размеров.  Подбирая  размеры  и  плотность  частиц,  можно  в  широких  пределах  регулировать  интенсивность  теплоотдачи.  Частично  его  можно  регулировать  и  расходом  среды,  но  в  каждом  случае  имеется  некотороя  опти-мальная  скорость,  соответствующая  максимуму  коэффициента  теп-лоотдачи.  Обьясняется  это  тем,  что,  с  одной  стороны,  с  увеличе-нием  скорости  среды  ускоряется    смена  частиц  у  нагреваемой  по-верхности,  а,  с  другой  стороны,  уменьшается  концентрация  частиц  в  единице  объема  среды,  то  есть  уменьшается  энтальпия  объема.

Взвешенный  слой  чаще  всего  организуют  в  виде  факела,  который  вдувают  в  обрабатываемый  материал.  Движение  частиц  и  среды  может  быть  встречным,  спутным  и  перекрестным.  Коэффи-циент  теплоотдачи  определяется  через  число  Нуссельта,  как  фун-кцию  чисел  Рейнольдса  и  Прандтля.

Неприятным  следствием  обработки  материалов  в  слоях  явля-ется  вынос  пыли,  для  улавливания  которой  необходимо  сооруже-ние  очистных  устройств.

КОНВЕКТИВНЫЙ  ТЕПЛООБМЕН  ПРИ  КИПЕНИИ

В  промышленных  установках   процесс  кипения  осуществля-ется  в  сравнительно  больших  объемах  и  в  трубах.  В  первом  случае  возможно  лишь  свободное  движение,  а  во  втором – и  вынуж-денное,  и  свободное.

Начинается  процесс  кипения  при  перегреве  жидкости  отно-сительно  ее  температуры  насыщения,  сначала  на  поверхности  теп-лообмена,  у  которой,  как  было  сказано  ранее,  возникает  гидродинамический  и  тепловой  пограничные  слои.  При  вынужден-ном  движении  в  коротких  каналах  и  большой  плотности  подводи-мого  теплового  потока  процесс  кипения  все время  может  происходить  только  на  поверхности  теплообмена,  то  есть  в  основном  жидкость  будет  недогретой,  и  образующиеся  пузырьки  пара,  попадая  в  поток  жидкости,  будут  конденсироваться.  Если  длина  трубы  достаточная,  то  вся  жидкость  может  перейти  в  пар,  а  пар – даже  перегреться.  В  непроточном  объеме  кипение  начина-ется  с  пристенного  слоя,  но  постепенно  прогревается  весь  объем,  и  кипение  может  происходить  и  в  объеме,  где  паровые  пузырьки  зарождаются  на  посторонних  твердых  частицах.

Кипение  в  большом  объеме при  свободной  конвекции  явля-ется  наиболее  простым,  но  оно  важно  с  точки  зрения  некоторых  общих  закономерностей,  которые  в  этом  случае  легче  понять.