» » Потеря напора и скорость газового потока при псевдоожижении
21.05.2015

При постепенном увеличении скорости восходящего газового потока, проходящего через неподвижный слой зернистого материала, происходит качественное изменение физических свойств слоя сыпучего материала.
Зависимость потери напора газа от скорости его движения через слой твердого материала, состоящего из зерен одинаковых размеров, изображена графически на рис. 1.
При повышении скорости газа потеря напора увеличивается от А до Б экспоненциально, причем показатель степени при этом изменяется от 1 до 2
в зависимости от величины критерия Рейнольдса. Эта наклонная часть кривой АБ соответствует газодинамическому режиму, свойственному фильтрующему слою, состоящему из неподвижных зерен.
В точке Б происходит перелом кривой, показывающий, что потеря напора при дальнейшем увеличении скорости газового потока сохраняет на участке БВ постоянное значение.
В точке Б вследствие увеличения расстояния между зернами происходит возрастание объема слоя на 5—10%, причем по мере увеличения скорости газового потока это явление становится все более выраженным.
Прямая линия на участке БВ соответствует газодинамическому режиму в области псевдоожижения.
Потеря напора и скорость газового потока при псевдоожижении

Точка Б, разделяющая области неподвижного и псевдоожиженного слоя, соответствует минимальной критической скорости потока газа, отвечающей началу псевдоожижения. При этом потеря напора в слое становится равной статическому давлению слоя зернистого материала, которое для слоев небольшой высоты может быть рассчитано по законам гидростатики; для случаев, когда отношение высоты слоя Н к диаметру печи D составляет не более двух (H/D<2), это положение выражается уравнением
Потеря напора и скорость газового потока при псевдоожижении

Это уравнение, выражающее известный закон гидростатики, по которому давление столба жидкости (а в данном случае псевдожидкости) пропорционально ее плотности и высоте столба, позволяет расчетом определить потерю напора кипящего слоя. Из уравнения видно, что суммарное давление кипящего слоя не зависит от размера зерен.
Таким образом, под критической скоростью псевдоожижения понимается такая скорость газового потока, при которой сопротивление неподвижного слоя становится равным сопротивлению и гидростатическому давлению кипящего слоя. На этом основном положении построен вывод многих формул для расчета критической скорости псевдоожижения.
Критическая скорость начала псевдоожижения может быть определена непосредственно опытным путем либо расчетом.
Опытное определение точки псевдоожижения сводится, как это следует из рис. 1, к измерению зависимости сопротивления зернистого слоя от скорости газа.
Из многочисленных формул, предложенных для расчета минимальной критической скорости псевдоожижения, можно для ориентировочного расчета применять формулу (2).
D случае зернистых слоев с округлой формой частиц пористость свободно насыпанного слоя обычно близка к среднему значению m = 0,4. Для этих условий Тодес, Горошко и Розенбаум подобрали простую интерполяционную формулу, позволяющую определить минимальную критическую скорость потока wкр, при которой начинается псевдоожижение:
Потеря напора и скорость газового потока при псевдоожижении

Эта формула связывает основные безразмерные критерии Рейнольдса и Архимеда
Потеря напора и скорость газового потока при псевдоожижении

Формулу (2) авторы рекомендуют для определения wнр с точностью до ± 10—20%.
Пример. Вычислить по формуле (2) минимальную критическую скорость для условий: средний диаметр зерен гранулированной медной шихты d = 0,2 см, плотность γт = 3 г/см3, γг = 1,2*10в-3 г/см3 и γ = 0,15 см2/сек (воздушный поток при атмосферном давлении; t = 20°).
Потеря напора и скорость газового потока при псевдоожижении

Потеря напора и скорость газового потока при псевдоожижении

Более надежным способом определения wкр следует считать опыт. При определении критической скорости на холодных моделях возникает необходимость в пересчете экспериментально определенной критической скорости псевдоожижения на температурные условия, отличающиеся от опытных, поскольку с увеличением температуры газа при постоянном давлении его вязкость возрастает, а плотность уменьшается.
Критическая скорость при рабочей температуре кипящего слоя рассчитывается по формуле.
Потеря напора и скорость газового потока при псевдоожижении

На практике требуется знание объема газа (например, воздуха), подаваемого в печь в виде дутья при рабочей температуре последнего. Тогда критическая скорость псевдоожижения, отнесенная к дутью, составит
Потеря напора и скорость газового потока при псевдоожижении

В случае равенства Т0 и Тд уравнение (4) примет вид
Потеря напора и скорость газового потока при псевдоожижении