МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СУШИЛЬНОЙ КАМЕРЕ С ФОНТАНИРУЮЩИМ СЛОЕМ
При фонтанировании перемешивание всего слоя достигается с помощью газового потока, а хороший контакт между газом и частицами осуществляется как в самом фонтане, так и в кольце. Причем, в кольцо газ попадает вследствие радиального перетока из фонтана. Большая доля проходящего через кольцо газа поступает в него примерно с половины высоты слоя. Кроме того, каналообразование в кипящем слое наблюдается преимущественно при взвешивании тонкодисперсных частиц, в то время как фонтанирование применяется обычно для крупных частиц. Так, в фонтанирующем слое продольный градиент давления непрерывно меняется с изменением высоты слоя, равномерно приближаясь к своему максимальному значению в верхней его части.
Сопротивление фонтанирующего слоя - важная характеристика, предопределяющая расход энергии на создание фонтанирующего слоя. В режиме устойчивого фонтанирования общий перепад давления газа всегда меньше, чем в псевдоожиженном слое из того же материала при одинаковых значениях высоты слоя Не.
Подробное рассмотрение характера движения газа важно для установления эффективности взаимодействия его с твердой фазой. Движение твердых частиц начинается с момента их взаимодействия с газовой струей, входящей в аппарат с большой скоростью, так что движение частиц в ядре существенно влияет на характер потока твердого материала в целом. Хотя движение отдельных частиц в ядре и кольце, а также их перемешивание во всем слое взаимосвязаны, тем не менее, удобнее обсуждать эти три аспекта характера движения твердой фазы в отдельности.
Частица, начинающая двигаться со дна слоя, изменяет свою скорость от нулевого до некоторого максимального значения, а затем ее скорость замедляется, пока не обратится в ноль в шапке слоя, где частица меняет направление движения на противоположное. Кроме того, имеет место радиальное распределение скорости твердой фазы на каждом отдельном уровне. Причем скорость на оси выше, чем в любой другой точке радиуса аппарата. Рассмотрим продольное движение частиц, не анализируя пока их радиальное перемещение. Отдельные частицы в кольцевой части слоя движутся вертикально вниз и радиально внутрь, описывая приблизительно параболические траектории. Осевая симметрия, в основном, сохраняется, поэтому, как и в ядре, угловыми компонентами скорости можно пренебречь.
Гидродинамическую обстановку в аппарате аппроксимируем ячеечной моделью [1] с числом ячеек j, характеризующим интенсивность перемешивания твердой фазы в аппарате. Число ячеек j связано с дисперсией S29 безразмерной с кривой с(9):
Формализацию структуры гидродинамических потоков проведем в классе ячеечных моделей. Для оценки параметра ячеечной модели (n-число ячеек) воспользуемся известной формулой:
В режиме устойчивого фонтанирования очень важно найти общий перепад давления газа, определяющий расход энергии на создание фонтанирующего слоя. Исходя из баланса сил, действующих на элементарный кольцевой слой высотой dh в периферийной области, найдено, что в цилиндрическом аппарате при высоте слоя НН отношение перепадов давлений в фонтанирующем слое:
Установленные значения АрфрнН0 представляют верхний предел, который может быть достигнут с увеличением Н0. Результаты экспериментов с фонтанирующими слоями из различных материалов показывают, что максимум отношения АрфрнН0 действительно находится в пределах 0,64-0,75.
Для слоев с НН, а также для фонтанирующих слоев в конических аппаратах аналитическое определение Арф значительно усложняется, поэтому нами обработкой экспериментальных данных были определены Арф: