5-8. Внешний теплообмен в плотном (фильтрующем), падающем и кипящем слое материала

Нагрев кусков в слое по З. Ф. Чуханову можно рассматривать как внешнюю задачу только при значениях критерия Био Bi < 0,6÷1,0. Напомним, что критерий Bi = aкdэ/2λм, где dэ - эквивалентный диаметр кусков (можно считать dэ примерно на 25% больше размера кусков); λм - коэффициент теплопроводности материала; aк - коэффициент конвективного теплообмена.

При продувании неподвижного (фильтрующего) слоя материала излучающими газами теплообмен идет преимущественно конвекцией, так как из-за малых толщин слоя газов в зазорах роль излучения незначительна. Ввиду переменного сечения зазоров вдоль хода газов скорость газов будет пульсирующей, что способствует турбулизации потока. Коэффициент теплоотдачи конвекции aк по В. Н. Тимофееву определяется по следующим формулам:

Здесь Nuсл = aкdэ/λг - критерий Нуссельта; Reсл = wdэг - критерий Рейнольдса; w - скорость газов, отнесенная к пустой шахте; λг, νг - коэффициенты теплопроводности и кинематической вязкости газа. Поверхность кусков Fм определяется по формуле:

Здесь Vм - объем слоя; f - порозность слоя в долях от единицы.

Чем меньше критерий Био, тем тоньше в термическом отношении шаровые частицы насыпного материала, и при значениях Bi < 0.1÷0,25 мы имеем дело с термически тонкими частицами (а не только с геометрически тонкими), все точки материала имеют одинаковую температуру и процесс нагревания называют квазистационарным. Этот случай имеет место в регенеративных дробепоточных воздухоподогревателях или других конструкциях, когда в качестве насадки используются шарики (дробь). При противоточно продуваемом и движущемся плотном слое теплообмен описывается уравнениями: