ДВИЖЕНИЕ ГАЗОВ В СЛОЕ ЗЕРНИСТОГО И КУСКОВОГО МАТЕРИАЛА ИЛИ ТОПЛИВА

Сущность аэродинамического состояния слоя легко понять из следующего. Через слой, состоящий из отдельных твердых частиц, пропускается восходящий поток таза, причем на частицы материала или топлива в таком потоке действует сила аэродинамического давления, определяемая по формуле:

где d — приведенный диаметр частицы, м; wОТ — относительная скорость газа, м/сек; ρ — плотность газа, кг/м3; С — коэффициент, зависящий от критерия Re.

В зависимости от величины аэродинамического давления потока, зависящего в свою очередь от величины скорости wОТ, слой кускового материала может находиться в двух качественно различных состояниях. При скорости потока ниже некоторой критической величины w'кр, когда сила тяжести кусочка больше аэродинамического давления снизу, т. е. когда G>P, частицы неподвижны. Этому состоянию соответствует, плотный слой (рис. 2-2, а).

Рис. 2-2. Аэродинамическое взаимодействие газов и слоя кускового (сыпучего) материала

Рис. 2-2. Аэродинамическое взаимодействие газов и слоя кускового (сыпучего) материала

а — плотный (фильтрующий) слой; б — кипящий слой; в — фонтанирующий слой; г — взвешенный слой; д — циклонное движение; wс — скорость газов в слое; wП — скорость потока газов вне слоя.

При увеличении скорости до первого критического значения w'кр, при котором аэродинамическое давление на частицы становится равным их весу (P = G), слой переходит в новое качественное состояние - кипящий или псевдоожиженный слой. В кипящем слое твердые частицы теряют взаимный постоянный контакт, получают возможность перемещаться и перемешиваться, объем слоя возрастает. Вследствие неправильности геометрической формы отдельных кусочков и неравномерности поля скоростей аэродинамическое давление, действующее на них, неравномерно. Это создает при прямоточном продувании слоя потоком газов или воздуха сложное вращательно-пульсирующее движение частиц, которое и вызывает впечатление кипящей жидкости (рис. 2-2, б).

Перепад давления в слое может быть определен из условия равенства сил гидродинамического давления и силы тяжести твердых частиц:

где ρт — плотность твердых частиц; ε - средняя порозность слоя в рабочем состоянии; Н — высота кипящего слоя.

С достаточной для технических расчетов точностью можно принять:

где ρн - насыпная плотность взвешенного материала; H0 — высота слоя в неподвижном состоянии.