Научная статья на тему 'Интенсификация теплообмена в высокотемпературном кипящем слое'

Интенсификация теплообмена в высокотемпературном кипящем слое Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
298
52
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕПЛООБМЕН / КИПЯЩИЙ СЛОЙ / ОРЕБРЕННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ / ПУЛЬСИРУЮЩИЙ КИПЯЩИЙ СЛОЙ / ТЕПЛООТДАЧА / КРИТЕРИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ / ТЕПЛООБМіН / КИПЛЯЧИЙ ШАР / ОРЕБРЕНі ПОВЕРХНі / ПУЛЬСУЮЧИЙ КИПЛЯЧИЙ ШАР / ТЕПЛОВіДДАЧА / КРИТЕРіАЛЬНі РіВНЯННЯ / HEAT EXCHANGE / FLUIDIZING BED / FINNED SURFACES / PULSATING FLUIDIZING BED / HEAT TRANSFER / CRITERIAL EQUATION

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Редько А.А., Редько И.А.

Цель. Данная работа направлена на экспериментальное исследование теплообмена в высокотемпературном кипящем слое с крупными частицами для того, чтобы обеспечить выполнение экологических требований к системам теплоснабжения. Методика. Для решения поставленной задачи разработана экспериментальная установка, обеспечивающая проведение исследований при температуре кипящего слоя и пульсирующего кипящего слоя в диапазоне 800-1 000 °С. Температура кипящего слоя обеспечивалась путем сжигания природного газа и древесных отходов. В качестве материала слоя использовались песок и шамот с размером частиц от 1,0 до 5,0 мм. Коэффициент теплоотдачи от слоя к поверхности, погруженной в слой, и плотность теплового потока измерялись калориметрическим методом при стационарном режиме. Исследовались гладкие и поперечно оребренные трубы с различной высотой и шагом ребер. Опыты в высокотемпературном пульсирующем кипящем слое проводились при пульсирующем сжигании природного газа либо в подрешеточной камере, в которую раздельно подавались природный газ и воздух. Частота пульсаций горения обеспечивалась системой автоматики. Частота вспышки регулировалась в диапазоне от 0,14 до 5 Гц. Результаты. Представлены результаты физического моделирования оценки коэффициентов теплоотдачи гладких и оребренных труб в кипящем слое крупных частиц при сжигании древесных отходов и газообразного топлива. Показано, что коэффициент теплоотдачи с повышением температуры возрастает в 2-2,5 раза, и в слое с диаметром частиц 2,5-5 мм составляет 300-350 Вт/ (м2 К), что значительно выше, чем для слоевых топок. Результаты опытов представлены в виде обобщенной зависимости, учитывающей диаметр частиц и значение коэффициента оребрения. Теплоотдача оребренных труб на 15-20 % ниже, чем гладких труб, но плотность теплового потока, отнесенная к площади оребренной трубы, равна 0,12-0,20 МВт/м2, что выше, чем для гладких труб. При пульсирующей подаче топлива с частотой 1-2 Гц коэффициент теплоотдачи возрастает от 10-15 % до 25-30 %. При частоте пульсаций от 2 до 5 Гц коэффициент теплоотдачи изменяется от 510 до 570 Вт/ (м2 /К). При дальнейшем увеличении частоты пульсаций коэффициент теплоотдачи уменьшается и составляет 515-520 Вт/ (м2 /К). Показано существенное влияние скважности пульсаций от 0,8 до 0,3: коэффициент теплоотдачи увеличивается на 30-35 %. Однако, при этом наблюдается неустойчивый режим горения газовоздушной смеси и выброс частиц материала из слоя. Результаты опытов представлены в виде обобщенной зависимости. Научная новизна. Авторами представлены впервые полученные опытные данные значений коэффициентов теплоотдачи оребренных труб в кипящем слое и пульсирующем кипящем слое крупных частиц при температуре слоя 800-1100 °С. Практическая значимость. Полученные в работе результаты позволяют разрабатывать топочные устройства с низкотемпературным кипящим слоем путем погружения в слой оребренных трубчатых поверхностей. Опытные данные обобщены и представлены в критериальном виде, удобном для практического использования.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Редько А.А., Редько И.А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INTENSIFICATION OF HEAT TRANSFER IN A HIGH-TEMPERATURED FLUIDIZED BED

Purpose. This paper highlights experimental research of heat exchange in coarse particles to ensure the performance of ecological characteristics of Heat supply system. Methodology. The test stand has been developed to solve the defined task. It helps to do the research at the temperature of fluidizing bed and pulsating fluidizing bed at the range 800-1000 °C. The temperature of the fluidized bed was provided by burning natural gas and wood waste. Sand and chamotte with a particle size of 1.0 to 5.0 mm were used as the layer material. The heat-transfer coefficient from the layer to the surface, immersed in the layer, and the density of the heat flux were measured by a calorimetric method under steady-state conditions. Smooth tubes and transversely finned with different height and rib spacing were investigated. Experiments in a high-temperature pulsating fluidized bed were carried out with pulsating combustion of natural gas in a layer or in a sublattice chamber into which natural gas and air were separately supplied. The frequency of combustion pulsations was provided by the automation system. The flash frequency was regulated in the range from 0.14 to 5 Hz. Findings. It is presented the results of physical modeling to find out the heat-transfer coefficients of smooth and finned tubes in fluidizing bed of coarse particles in the process of wood waste and gaseous fuel combusting. It is proved that the coefficient of heat transfer increases with increasing temperature by 2-2,5 times in the bed which contains particles diameter of 2.5-5 mm is 300-350 Vt/(m2 К) that is much higher than for layer furnaces. The results of the experiments are presented in the form of a generalized relationship that takes into account the diameter of the particles and the value of the finning coefficient. Heat transfer of finned tubes is 15-20% less then smooth tubes but the density of heat flow referred to the area of a finned tube is 0,12-0,20 MVt/m2 that is higher than for smooth ones. At pulsating fuel supply with frequency 1-2 Hz the heat-transfer coefficient gets higher from 10-15% till 25-30%. At a ripple frequency of 2 to 5 Hz, the heat-transfer coefficient varies from 510 to 570 W/(m2 K). With a further increase in the pulsation frequency, the heat-transfer coefficient decreases and amounts to 515-520 W/(m2 K). A significant effect of the ripple pulsation from 0.8 to 0.3 is shown: the heat-transfer coefficient is increased by 30-35%. However, an unstable combustion regime of the gas-air mixture and the ejection of material particles from the layer are observed. The results of the experiments are presented in the form of a generalized relationship. Originality. The authors have presented the obtained experimental data about heat-transfer coefficients of finned tubes in fluidizing bed and pulsing fluidizing bed of coarse particles at the temperature of layer 800-1100 Co. Practical value. The results obtained at the research help to develop furnace devices with low-temperature fluidizing bed in the process of immersion in a layer of finned tubes layers. The research data is presented in criterial view which is convenient for practical using.

Текст научной работы на тему «Интенсификация теплообмена в высокотемпературном кипящем слое»

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2017, № 5 (71)

ПРОМИСЛОВИЙ ТРАНСПОРТ

УДК 621.181

А. А. РЕДЬКО1*, И. А. РЕДЬКО2*

1 Каф. «Теплогазоснабжение, вентиляция и использование тепловых вторичных энергоресурсов», Харьковский национальный университет строительства и архитектуры, ул. Сумская, 40, Харьков, Украина, 61002,

тел. +38 (057) 700 16 40, эл. почта andrey.ua-mail@ukr.net, ОЯСГО 0000-0003-2331-7273

2 Каф. «Эксплуатация газовых и тепловых систем», Харьковский национальный университет городского хозяйства имени А. Н. Бекетова, ул. Маршала Бажанова, 17, Харьков, Украина, 61002, тел. +38 (050) 400 77 99,

эл. почта germes_s2006@ukr.net, ОЯСГО 0000-0002-9863-4487

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ КИПЯЩЕМ СЛОЕ

Цель. Данная работа направлена на экспериментальное исследование теплообмена в высокотемпературном кипящем слое с крупными частицами для того, чтобы обеспечить выполнение экологических требований к системам теплоснабжения. Методика. Для решения поставленной задачи разработана экспериментальная установка, обеспечивающая проведение исследований при температуре кипящего слоя и пульсирующего кипящего слоя в диапазоне 800-1 000 °С. Температура кипящего слоя обеспечивалась путем сжигания природного газа и древесных отходов. В качестве материала слоя использовались песок и шамот с размером частиц от 1,0 до 5,0 мм. Коэффициент теплоотдачи от слоя к поверхности, погруженной в слой, и плотность теплового потока измерялись калориметрическим методом при стационарном режиме. Исследовались гладкие и поперечно оребренные трубы с различной высотой и шагом ребер. Опыты в высокотемпературном пульсирующем кипящем слое проводились при пульсирующем сжигании природного газа либо в подрешеточной камере, в которую раздельно подавались природный газ и воздух. Частота пульсаций горения обеспечивалась системой автоматики. Частота вспышки регулировалась в диапазоне от 0,14 до 5 Гц. Результаты. Представлены результаты физического моделирования оценки коэффициентов теплоотдачи гладких и оребренных труб в кипящем слое крупных частиц при сжигании древесных отходов и газообразного топлива. Показано, что коэффициент теплоотдачи с повышением температуры возрастает в 2-2,5 раза, и в слое с диаметром частиц 2,5-5 мм составляет 300-350 Вт/(м2 К), что значительно выше, чем для слоевых топок. Результаты опытов представлены в виде обобщенной зависимости, учитывающей диаметр частиц и значение коэффициента оребрения. Теплоотдача оребренных труб на 15-20 % ниже, чем гладких труб, но плотность теплового потока, отнесенная к площади оребренной трубы, равна 0,12-0,20 МВт/м2, что выше, чем для гладких труб. При пульсирующей подаче топлива с частотой 1-2 Гц коэффициент теплоотдачи возрастает от 10-15 % до 25-30 %. При частоте пульсаций от 2 до 5 Гц коэффициент теплоотдачи изменяется от 510 до 570 Вт/(м2/К). При дальнейшем увеличении частоты пульсаций коэффициент теплоотдачи уменьшается и составляет 515-520 Вт/(м2/К). Показано существенное влияние скважности пульсаций от 0,8 до 0,3: коэффициент теплоотдачи увеличивается на 30-35 %. Однако, при этом наблюдается неустойчивый режим горения газовоздушной смеси и выброс частиц материала из слоя. Результаты опытов представлены в виде обобщенной зависимости. Научная новизна. Авторами представлены впервые полученные опытные данные значений коэффициентов теплоотдачи оребренных труб в кипящем слое и пульсирующем кипящем слое крупных частиц при температуре слоя 800-1100 оС. Практическая значимость. Полученные в работе результаты позволяют разрабатывать топочные устройства с низкотемпературным кипящим слоем путем погружения в слой оребренных трубчатых поверхностей. Опытные данные обобщены и представлены в критериальном виде, удобном для практического использования.

Ключевые слова: теплообмен; кипящий слой; оребренные поверхности; пульсирующий кипящий слой; теплоотдача; критериальные уравнения

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального унiверситету залiзничного транспорту, 2017, № 5 (71)

Введение

Решение проблемы энергосбережения и повышения эффективности использования топлива возможно путем применения технологии сжигания топлива различного вида в низкотемпературном кипящем слое (НКС). Применение технологии НКС обеспечивается размещением поверхности нагрева в кипящем слое. Однако, размещение в кипящем слое поверхностей нагрева для отвода теплоты слоя требует достоверных опытных данных о значениях теплоотдачи гладких и оребренных труб. В этой связи проблема эффективности теплообмена ореб-ренных поверхностей в кипящем слое крупных частиц остается в числе особо актуальных. В последнее время в Украине вопросам интенсификации теплообмена и сжигания топлива уделяется недостаточно внимания. Сжигание твердого топлива ведется в слоевых, недостаточно эффективных топках. Технология сжигания низкосортного топлива в кипящем слое, получившая широкое развитие в 80-е годы прошлого столетия, не получила практического продолжения. Анализ литературных источников показал, что опытные данные по теплоотдаче поперечно-оребренных труб практически отсутствуют.

Цель

Данная работа направлена на экспериментальное исследование теплообмена в высокотемпературном кипящем слое крупных частиц для обеспечения выполнения экологических характеристик систем теплоснабжения.

Состояние проблемы

Эффективность процессов сжигания твердого топлива в кипящем слое, сопровождающихся отводом теплоты, значительно повышается при размещении в слое оребренных поверхностей [1].

Отсутствие точных аналитических решений потребовало широкого проведения экспериментальных исследований и разработки на их основе приближенных зависимостей.

Теплообмен оребренных поверхностей в кипящем слое изучался в работах [4, 7, 12, 15, 18, 23, 25]. При этом в работах [7, 16, 19, 23, 24] приведены результаты экспериментального исследования труб с поперечным круглым ореб-

рением. Оребрение выполнено из меди и алюминия. В работе [24] исследуется эффективность круглого (зубчатого), у [7, 9, 11] - спирального оребрения. В работах [11, 25] изучался теплообмен труб с продольным оребрением. Возможность повышения интенсивности теплоотдачи путем применения различной формы насечек рассматривалась в работе [28]. В работах [3, 8, 10, 16, 27] изучался теплообмен гладких труб в высокотемпературном кипящем слое.

В работе [27] проведены исследования теплоотдачи и теплообменного элемента, выполненного в виде пластины с ребрами прямоугольного профиля. Толщина ребер от 6 до 14 мм, высота от 6 до 14 мм, шаг между ребрами 20 мм. Показано, что оптимальная высота ребер 8 мм. Максимальные значения коэффициента теплоотдачи получены при шаге между ребрами 12 мм.

В работе [26] также исследовался теплообмен одиночной трубы с поперечным круглым оребрением. Изучалось влияние высоты и толщины ребер, шага оребрения на интенсивность теплоотдачи. Дисперсный материал - стеклянные шарики диаметром от 0,4 до 0,8 мм. Высота ребра изменялась от 7,5 до 37,5 мм, шаг оребрения от 2 до 10 мм. Ребра изготовлены из меди толщиной от 0,5 до 2 мм. Результаты показали, что с увеличением высоты ребра коэффициент теплоотдачи уменьшается, увеличение его шага приводит к повышению коэффициента теплоотдачи, т. е. максимальные значения коэффициента теплоотдачи достигаются при меньшей высоте ребер и большем шаге. При этом коэффициент теплоотдачи уменьшается с высотой ребер, тем сильнее, чем тоньше ребра и чем меньше их теплопроводность. Результаты исследований позволили определить оптимальные геометрические характеристики оребрения: для медных ребер принимается толщина около 1 мм, высота 40 мм; для стальных ребер - толщина 1 мм, высота 20 мм; шаг оребрения - около 4 мм.

В работе [12] приведены результаты исследований труб с ребрами треугольного профиля в псевдоожиженном слое крупнодисперсного материала - песка d т = 0,25; 0,62 мм, шамотной крошки dт = 0,975 мм, зернах проса dт = 2,0 мм. Результаты исследований показывают, что ин-

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, N° 5 (71)

тенсивность теплообмена возрастает с увеличением высоты ребер и уменьшением шага между ними.

Авторами работы [24] исследовалась теплоотдача поперечно- (зубчато-) оребренных труб в псевдоожиженном слое стеклянных шариков диаметром dт = 0,2-0,47 мм. Высота ребер изменялась до 22,2 мм. Толщина ребра равнялась 0,635 мм. Шаг между ребрами - 3,2 мм. Исследования показали, что интенсивность теплообмена увеличивается с увеличением высоты ребра до 25 мм, при дальнейшем увеличении высоты ребра, коэффициент теплоотдачи повышается медленнее. Взаимное расположение труб в пучке оказывает влияние на расстоянии до 50,8 мм. Подтверждается вывод, что коэффициент теплоотдачи увеличивается с уменьшением диаметра частиц.

В работе [4] изучалась теплоотдача шахматного пучка горизонтальных стальных труб в псевдоожиженном слое крупнодисперсного материала (алюмосиликагеля) с диаметром частиц 2,8-4 мм (эквивалентный диаметр dэ = 3,5 мм). Рассматривался пучок стальных труб диаметром Б = 39 мм в количестве 14 труб, расположенных в три ряда, оребрение пучка -приварное ленточное стальное - высотой 8 мм, толщиной 0,9 мм, шаг между ребрами - 6,8 мм. Шаг размещения труб в пучке 8 = 80 мм. Результаты измерений показали, что коэффициент теплоотдачи равнялся 230-280 Вт/(м2. К) и в диапазоне скорости воздуха 1,28-1,8 м/с не зависил от скорости псевдоожижения.

Таким образом, анализ результатов экспериментальных исследований, выполненных различными авторами, показал, что применение оребрения позволяет значительно повысить (в 3-5 раза) интенсивность теплообмена между псевдоожиженным слоем и поверхностью. Исследования теплообмена выполнены, в основном, для одиночной оребренной трубы и мелкодисперсного материала dт=0,4-0,8 мм, исследования с крупнодисперсным материалом носят частный характер (для некоторых типов поперечного оребрения). Интенсивность теплообмена оребренных труб в пучке на 10-15 % ниже по сравнению с одиночной трубой, при этом компоновка труб в шахтном или коридорном пучке практически не влияет на коэффициент теплоотдачи, но при высоких скоростях

и малом шаге рекомендуется шахматное расположение труб, при этом коэффициент теплоотдачи практически не зависит от вертикального шага. Изменение шага размещения труб в пучке в широком интервале (при 8>2,2) не влияет на эффективность теплообмена. Степень интенсификации теплообмена не зависит от размеров и формы теплообменной поверхности, слабо зависит от скорости воздуха, а определяется, в основном, размером и плотностью частиц, при этом теплосъем с оребренной поверхности трубного пучка возрастает пропорционально коэффициенту оребрения.

В работах [3, 8, 16] указывается, что коэффициент теплоотдачи в пульсирующем слое на 15-20 % выше, чем в кипящем слое. Однако работы по исследованию процессов интенсификации малочисленны, опытные данные разрознены.

Высокая температура в топке с кипящим слоем двояко определяет интенсивность внешнего теплообмена: происходит изменение теп-лофизических свойств дисперсного материала и ожижающего газа, а также существенным становится лучистый теплоперенос [12, 15-19, 28]. Это свидетельствует о слабом влиянии на степень теплообмена черноты, структуры слоя, которая изменяется в зависимости от скорости газа и положения теплообменника. Степень черноты кипящего слоя не зависит от концентрации излучающих газов в продуктах сгорания. Результаты опытов показывают, что основными характеристиками дисперсной системы, определяющими ее излучательные свойства, являются характеристики материала частиц и распределение температуры в системе.

Приведенный коэффициент теплоотдачи уменьшается с высотой ребер тем сильнее, чем тоньше ребра и чем меньше их теплопроводность. Коэффициент теплоотдачи на ребре практически не зависит от толщины ребра, возрастает с увеличением шага между ребрами, уменьшается с увеличением высоты ребер. Рекомендации различных авторов по выбору оптимальной геометрии оребрения противоречивы. Опытные данные по теплообмену оребрен-ных труб в высокотемпературном кипящем слое практически отсутствуют.

Таким образом, эффективность теплообмена поверхности нагрева, размещенной в кипящем

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, N° 5 (71)

слое, может быть достаточно высокой (230-300 Вт/(м2. К), достигая 500-600 Вт/(м2. К). Интенсификация теплообмена обеспечивается применением оребренных (развитых) теплооб-менных поверхностей и пульсирующей подачей ожижающего газа.

Методика исследования

Опыты проводились на экспериментальной установке, представляющей собой теплообмен-ную камеру круглого сечения диаметром 210 мм, высотой 1,0 м (рис. 1). Температура кипящего слоя варьировалась за счет сжигания в нем древесных отходов и газовоздушной смеси непосредственно в слое дисперсного материала. В качестве материала слоя использовались песок и шамот. Экспериментальное исследование теплообмена в кипящем слое проводилось при температуре 1073-1373 К.

смесь

Рис. 1. Схема лабораторной установки:

1 - кладка; 2 - засыпка; 3 - желоб; 5 - газораспределительная решётка; 6 - слой неподвижных частиц; 7 - газовая горелка; 8 - запальник; 9 - термопара слоя; 10 - отбойная решётка; 11 - рабочая площадка; 12 - датчик-калориметр; 13, 14 - термопара; 15 - термопара поверхности датчика; 16 - слой; 17 - смотровое стекло

Fig. 1. Scheme of laboratory installation:

1 - laying; 2 - backfilling; 3 - trough; 5 - gas distribution grating; 6 - layer of fixed particles; 7 - gas burner; 8 - igniter; 9 - thermocouple layer; 10 - baffle grating; 11 - working platform; 12 - sensor-calorimeter; 13, 14 - thermocouple; 15 - sensor surface thermocouple; 16 - layer; 17 - sight glass

Камера выполнена из огнеупорного кирпича. В боковой стене камеры имелся желоб для ссыпания материала слоя. Над теплообменной камерой располагался короб вытяжной вентиляции.

В качестве газораспределительного устройства применялась плоская перфорированная керамическая решетка живым сечением 1,5 %. Подача воздуха в теплообменную камеру осуществлялась двумя напорными вентиляторами типа ВВД-5. На высоте 50 мм от газораспределительного устройства в камере располагались две подовые горелки низкого давления. Температура КС поддерживалась в пределах 800-1100 оС. Температура слоя измерялась дифференциально включенной ХК-термопарой.

Пульсации газового потока осуществлялись при помощи электромагнитных клапанов и пульсатора роторного типа.

Размещенный в кипящем слое датчик обеспечивал измерение суммарного коэффициента теплоотдачи от слоя к поверхности стационарным калориметрическим методом:

аЕ= МвСр({в -, (1)

^ОР (^КС *СТ )

где Мв, СР, (в , *в - соответственно массовый расход и теплоемкость воды, температура воды на выходе и входе в калориметр. ¥ОР - площадь оребренной поверхности; - температура кипящего слоя; С - температура стенки калориметра.

Калориметр представлял собой оребренную трубу. В качестве теплоносителя использовали воду с температурой 10-20 °С.

Опыты в пульсирующем кипящем слое проводили следующим образом. Ожижение слоя осуществляется продуктами пульсирующего сжигания природного газа, которое происходит либо в слое, либо в подрешеточной камере, представляющей собой цилиндрическое пространство объемом 50-500 см3. Объем пульсирующей камеры сгорания газа изменяется путем заполнения его крупным дисперсным материалом. В камере сгорания имеется два отверстия для подвода воздуха и газа, а также две запальные свечи системы зажигания. На трубопроводах подачи воздуха и газа имеются электромагнитные клапаны, предотвращающие

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету з&тзничного транспорту, 2017, № 5 (71)

проникновение ударной волны при возгорании газовоздушной смеси и регулирующие подачу воздуха и газа. Для измерения расхода воздуха используется ротаметр РС-3, а для измерения расхода газа - счетчик типа «ЯсшЬаеЬ», по показаниям которых устанавливается необходимое соотношение газа и воздуха (0,9-1,8). Система зажигания пульсирующей камеры сжигания состоит из блока радиоэлектронных элементов, позволяющих регулировать частоту вспышки от 5 до 0,14 Гц, частоту подачи газа и воздуха, двух запальных свечей, универсального блока питания от сети переменного тока 220 В и постоянного тока 12 В.

Результаты исследования

Результаты измерений теплоотдачи гладкой и оребренной труб показаны на рис. 2.

Зависимость коэффициента теплоотдачи от скорости ожижающего газа в высокотемпературном кипящем слое аналогична зависимости коэффициента теплоотдачи в слое при низких температурах Ткс до 423 К. В опытах выбирались скорости продуктов сгорания, при которых коэффициент теплоотдачи имел бы максимальное значение, например, для песка w=0,5-2,0 м/с, для шамота dэ=2,81 мм, w=0,7-2,5 м/с. С повышением температуры кипящего слоя до 973-1223 К коэффициент теплоотдачи возрастает в 2,0-2,5 раза и в слое шамота с диаметром частиц dт=2,5-5 мм составит 300-350 Вт/(м2К), что значительно выше, чем для слоевых топок. Сравнение расчетных и опытных данных удовлетворительное (рис. 2). Теплоотдача оребренной трубы (Ир^р= 10x20 мм) на 15-20 % ниже значений теплоотдачи гладкой. При этом измерение температурного режима ребер показало, что температура в вершине ребра высотой 20 мм и выше достигает значений 873-973 К, что для ребер из материала Ст. 20 является недопустимым. Более благоприятен температурный режим ребер высотой 10 мм, температура которых менее 723-673 К.

Повышение температуры кипящего слоя приводит к значительному увеличению плотности теплового потока на поверхности нагрева (рис. 3).

Рис. 2. Зависимость суммарного коэффициента

теплоотдачи гладких труб от температуры слоя:

^ - шамот, с!э=2,81мм; И - песок, ch=l ,0-1,5, tcT=134

- 355°С [12]; • -шамот, dT=2,0-5,0 [10]; а - расчет по [2, 18]

Fig. 2. Dependence of the total heat transfer coefficient of smooth pipes on the layer temperature:

^ - chamotte, d = 2.81 mm; ■ - sand, dT = 1.0-1.5, tcT= 134-355° С [12]; • - chamotte, dT = 2.0-5.0 [10]; а - calculation according to [2, 18]

Рис. 3. Зависимость плотности теплового потока от температуры слоя:

А - гладкая труба, песок, шамот, d3=2,8lMM;

И - поперечное оребрение, hp-Sp=10-20; шамот, d3=2,81; а - расчет по [2, 18]

Fig. 3. Dependence of the heat flux density on the layer temperature:

A - smooth pipe, sand, chamotte, d3=2.81 mm;

И- transverse finning, hp-Sp=10-20; chamotte, d3=2.81; а - calculation by [2, 18]

Так, для гладкой трубы плотность теплового потока составляет qmax=0,15-0,2 МВт/м2 в слое шамота dx=2,5-5,0 мм при температуре слоя

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального унiверситету залiзничного транспорту, 2017, № 5 (71)

973-1223 К. Теплоперенос оребренных труб выше, и средняя плотность теплового потока на поверхности несущей трубы достигает значений 0,25-0,40 МВт/м2. Плотность теплового потока, отнесенная к площади оребренной трубы, равна 0,12-0,25 МВт/М2. При этом локальная плотность (например, в основании ребра) может превышать данные значения и вызывать значительные термические напряжения. Поэтому возрастают требования к материалу оре-бренных поверхностей и к выбору оптимальных геометрических параметров оребрения (в основном к выбору высоты ребер). Существенное влияние на теплоотдачу оказывает температура стенки трубы. Так, в кипящем слое постоянной температуры (973-1223 К) повышение температуры стенки (путем изменения расхода охлаждающей воды) до значений 573-673 К приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи в 1,3-1,5 раза по сравнению со значением а2 при Тст=253-423 К. Дальнейшее повышение температуры стенки не приводит к значительному повышению коэффициент теплоотдачи.

Результаты экспериментального исследования теплоотдачи оребренных труб в высокотемпературном кипящем слое при температуре 973-1223 К показаны на рис. 2 и обобщены в виде зависимости аналогично [5].

лт„ max лт max „„ ,^0.9 Nupo = Nuo -^pn 'Ф

(2)

Таким образом, применение оребрения погруженных в кипящий слой горизонтальных труб при Ткс=1023-1273 К обеспечивает достижение высоких коэффициентов теплообмена, равных 800-900 Вт/(м2 К), и увеличивает теп-лоперенос по сравнению с гладкой трубой в 2,5-3,0 раза.

Исследовалась теплоотдача оребренной (Ьр-8р=10-20 мм) и гладкой трубы в пульсирующем слое. Зависимость коэффициента теплоотдачи от средней скорости сжижающего газа в пульсирующем слое носит практически такой же характер, как и для стационарного слоя.

Результаты экспериментов приведены на рис. 4.

Рис. 4. Зависимость коэффициента теплоотдачи оребренной трубы от частоты пульсирующего слоя:

А - ф=0,3; d=2,8lmm; 1ip-Sp=10-20mm;

А - ф=0,8; аэ=2,81мм; hp-Sp=10-2ÜMM

Fig. 4. Dependence of the heat transfer coefficient of the finned tube on the frequency of the pulsating layer:

A - ф=0.3; d3=2.81 mm; hp-Sp=10-20 mm;

A - ф=0.8; d3=2.81 mm; lySp=1020 mm

Особенностью пульсирующего слоя является то, что amax наблюдается при скоростях, значительно меньших, чем в кипящем слое. Так, если в кипящем слое с частиц шамота ^э=2,81 мм) значение amax фиксировались при скорости псевдоожижения 1,6-1,8 м/с, то в пульсирующем слое значение amax достигались при средней скорости w^ =0,5м/с и скважности потока ф=0,3. Максимальный коэффициент теплоотдачи оребренной трубы в пульсирующем слое на 20-30 % больше, чем в стационарном кипящем слое. С уменьшением диаметра частиц кипящего слоя от 2,81 до 0,71 мм теплообмен увеличивается в 1,3-1,5 раза.

Коэффициент теплоотдачи практически слабо зависит от частоты пульсаций. Так, если при v=0,5 Гц amax=510 Вт/(м2 К), то при v=2,0 Гц amax=560-570 Вт/(м2 К). При дальнейшем увеличении частоты пульсаций до 10 Гц коэффициент теплоотдачи уменьшался до 515-520 Вт/(м2 К). Таким образом, при пульсирующей подаче газовоздушной смеси с частотой 1,0-2,0 Гц коэффициент теплоотдачи возрастает на 10-15 %, при дальнейшем увеличении частоты пульсаций до 10 Гц теплообмен пульсирующего слоя практически не отличается от теплообмена в стационарном кипящем слое. Теплообмен горизонтальных ореб-ренных труб в высокотемпературном пульсирующем слое характеризуется достижением

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 5 (71)

максимальных значений коэффициента теплоотдачи (на 20-30 % выше, чем в стационарном кипящем слое) при более низких значениях средней скорости сжижающего газа; наблюдается зависимость коэффициента теплоотдачи (увеличение на 10-15 %) от частоты пульсаций в диапазоне 1,0-2,0 Гц; с уменьшением скважности пульсаций от 0,8 до 0,3 теплообмен увеличивается на 30-35%, т.е. наиболее существенна интенсификация теплообмена пульсациями при скважности 0,25-0,35; с уменьшением диаметра частиц слоя от d = 2,81 мм до d = 0,71 мм, при частоте V =0,5 Гц и скважности пульсаций ф = 0,3 коэффициент теплоотдачи увеличивается в 1,3-1,5 раза; повышение температуры пульсирующего слоя на 200 °С и стенок трубы на 100 °С приводит к увеличению теплопереноса на 25-30%.

Опытные данные удовлетворительно описываются расчетной зависимостью.

Нишах = 2,75(ЯеП„т )0 4(1 + «Г - ^). (3)

Научная новизна и практическая значимость

Работы в данном направлении велись зарубежными исследователями [20-22, 29].

Авторами представлены впервые полученные опытные данные о значениях коэффициентов теплоотдачи оребренных труб в кипящем слое и пульсирующем кипящем слое с крупны-

ми частицами при температуре слоя 800-1 100 оС.

Полученные в работе результаты позволяют разрабатывать топочные устройства с низкотемпературным кипящим слоем, путем погружения в слой оребренных трубчатых поверхностей. Опытные данные обобщены и представлены в виде критериев, что удобно для практического использования.

Выводы

Таким образом, теплообмен горизонтальных оребренных труб в высокотемпературном пульсирующем слое характеризуется достижением максимальных значений коэффициента теплоотдачи (на 20-30 % выше, чем в стационарном кипящем слое) при более низких значениях средней скорости сжижающего газа; наблюдается зависимость коэффициента теплоотдачи (увеличение на 10-15 %) от частоты пульсаций в диапазоне 1,0-2,0 Гц; с уменьшением скважности пульсаций от 0,8 до 0,3 теплообмен увеличивается на 30-35 %, т.е. наиболее существенна интенсификация теплообмена пульсациями скважностью 0,25-0,35; с уменьшением диаметра частиц слоя от 2,81 мм до 0,71 мм при частоте 0,5 Гц и скважности пульсаций 0,3 коэффициент теплоотдачи увеличивается в 1,3-1,5 раза; повышение температуры пульсирующего слоя и стенок трубы приводит к увеличению теплопереноса на 25-30 %.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Баскаков, А. П. Котлы и топки с кипящим слоем / А. П. Баскаков, В. В. Мацнев, И. В. Распопов. -Москва : Энергоатомиздат, 1996. - 352 с.

2. Баскаков, А. П. Лучистый теплообмен в кипящем слое при псевдоожижении газом / А. П. Баскаков, Ю. М. Голдобин // Изв. АН СССР. Серия: Энергетика и транспорт. - 1970. - № 4. - С. 163-168.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Бокун, И. А. Теплообмен между пульсирующим слоем и поверхностью нагрева / И. А. Бокун, Я. П. Шлапкова // Тез. докл. Минского междунар. форума по тепло- и массообмену / Институт тепло-и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси. - Минск, 1988. - Т. 5. - С. 54-55.

4. Гальперин, Н. И. О теплообмене между ребристыми трубами и псевдоожиженным слоем зернистого материала / Н. И. Гальперин, В. Г. Айнштейн, И. Н. Тоскубаев // Химия и технология топлив и масел. -1972. - № 9. - С. 42-43.

5. Забродский, С. С. Высокотемпературные установки с псевдоожиженным слоем / С. С. Забродский. -Москва : Энергия, 1971. - 389 с.

6. Ильченко, А. И. Исследование радиационно-кондуктивного теплообмена в кипящем слое : дис. ... канд. техн. наук / Ильченко А. И. ; АН Белорус. ССР , Ин-т тепло- и массообмена. - Минск, 1968. -153 с.

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету затзничного транспорту, 2017, N° 5 (71)

7. Исследование теплообмена в гладкотрубных и оребренных шахматных пучках труб в топках кипящего слоя и на моделях / В. Г. Мигай, В. Н. Шамякин, В. В. Манцев, И. В. Житомирская // Тепломассообмен в дисперсных системах. - Минск, 1980. - Т. 6, ч. 1. - С. 94-98.

8. Исследование теплообмена между пульсирующим слоем и поверхностью / З. Н. Головина, Ю. Г. Брук,

B. В. Соловьев, Г. П. Кучин // Теория и практика сжигания газа. - Ленинград, 1981. - С. 150-153.

9. Исследование теплообмена шахтных пучков гладких и оребренных труб в кипящем слое / И. В. Житомирская, В. М. Мигай, Н. С. Рассудов, В. Н. Шемякин // Теплоэнергетика. - 1982. - № 1. - С. 49-51.

10. Махорин, К. Е. Теплообмен в высокотемпературном кипящем слое / К. Е. Махорин, В. С. Пикашов, Г. П. Кучин. - Киев : Наук. думка, 1981. - 148 с.

11. Мигай, В. М. Исследование теплообмена оребренных труб в кипящем слое / В. М. Мигай, Н. В. Зозуля, И. В. Житомирская // Энергомашиностроение. - 1984. - № 1. - С. 13-15.

12. Пальченок, Г. И. Теплообмен между горизонтальной оребренной трубой и псевдоожиженным слоем крупных частиц / Г. И. Пальченок, А. И. Тамарин, С. С. Забродский // Тепломассообмен в дисперсных системах. - Минск, 1980. - Т. 6, ч. 1. - С. 89-98.

13. Пальченок, Г. И. Теплообмен между горизонтальным пучком оребренных труб и псевдоожиженным слоем крупнодисперсного материала / Г. И. Пальченок // Исследование процессов переноса в дисперсных системах. - Минск, 1981. - С. 14-23.

14. Панов, О. М. Исследование локального теплообмена по периметру горизонтальных цилиндров в высокотемпературном кипящем слое : дис. ... канд. техн. наук / Панов О. М.; Уральск. политехн. ин-т. -Свердловск, 1977. - 113 с.

15. Перенос тепла в топке кипящего слоя к горизонтальному шахтному трубному пучку / А. М. Тамарин, Ю. Г. Епаков, Е. С. Рассудов, В. Н. Шемякин // Энергомашиностроение. - 1977. - N 12. - С. 7-8.

16. Рассудов, Н. С. О применении импульсной подачи воздуха в топках с кипящим слоем / Н. С. Рассудов, А. Е. Варламова // Теплоэнергетика. - 1983. - № 1. - С. 62-64.

17. Рахманов, В. Б. Теплообмен в топке с низкотемпературным кипящим слоем при сжигании жидкого и твердого топлива : дис. ... канд. техн. наук : 05.04.01 / Рахманов В. Б. ; Харьк. политехн. ин-т. -Харьков, 1983. - 205 с.

18. Тоскубаев, И. Н. Исследование теплообмена между ребристыми поверхностями и псевдоожиженным слоем : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 05.17.08 / Тоскубаев И. Н. ; Моск. ин-т тонкой хим. технологии им. М. В. Ломоносова. - Москва, 1974. - 21 с.

19. Харченко, Н. В. Исследование теплообмена между кипящим слоем и погруженным телом при высоких температурах : дис. ... канд. техн. наук / Харченко Н. В. ; Институт газа АН УССР. - Киев, 1964. -190 с.

20. Effect of anti-wear beams on waterwall heat transfer in a CFB boiler / Linjie Xu, Leming Cheng, Jieqiang Ji, Qinhui Wang // International J. of Heat and Mass Transfer. - 2017. - Vol. 115. - P. 1092-1098. doi: 10.1016/j.ij heatmasstransfer.2017.08.085.

21. Effect of furnace pressure drop on heat transfer in a 135 MW CFB boiler / Xuemin Liu, Man Zhang, Junfu Lu, Hairui Yang // Powder Technology. - 2015. - Vol. 284. - P. 19-24. doi: 10.1016/j.powtec.2015.06.019.

22. Experimental and simulation study of heat transfer in fluidized beds with heat production / Z. Li,

C. E. T. Janssen, K. A. Buist, N. G. Deen, M. van Sint Annaland, J. A. M. Kuipers // Chemical Engineering Journal. - 2017. - Vol. 317. - P. 242-257. doi: 10.1016/j.cej.2017.02.055.

23. Jolley, J. J. Heat transfer in beds of fluidired solids // Fuel. - 1949. - No. 5, vol. 28. - P. 114-115.

24. Krause, W. B. Heat transfer from horizontal serrated finned tubs in a air-fluidized bed of uniformly sized particles / W. B. Krause, A. R. Peters // Heat transf. - 1983. - Vol. 105. - P. 319-324. doi: 10.1115/1.3245581.

25. Natusch, H. J. Zur Wärmeübertragung an horizontaben Lärgsrippenrohren in Gas / H. J. Natusch, M. Z. Blen-ke // Fliebbetten Verfahrenstechnik. - 1974. - Vol. 8, no. 10. - P. 287-293.

26. Natusch, H. J. Zur Wärmeübertragung an Rippenrohren in Gas / H. J. Natusch, M. Z. Blenke // Fliebbetten Verfahrenstechnik. - 1973. - Vol.7, no. 10. - P. 293-296.

27. Neukirchen, B. Oestaltung horizontalen Rohrbündel in Gas - Firbelschichtreak toren nah Warmetechischen Gesichtspunkten / B. Neukirchen, М. Blenko // Chem. Ing. Techn. - 1973. - Vol. 45. - P. 307-312.

28. Petre, J. C. Heat Transfer In-bed Heat Exchangs / J. C. Petre, W. A. Treeby, J. A. Buckham // Chem. Eng. Progr. - 1968. - Vol. 64, no. 7. - P. 45-51.

29. Study on heat transfer characteristics of the high temperature reheater tube panel in a 300 MW CFB boiler with fluidized bed heat exchanger / Xiaofeng Lu, Hu Wang, Wenqing Zhang, Quanhai Wang, Jianbin Chen,

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 5 (71)

Yinhu Kang, Wei Kuang, Shengwei Xin, Changxu Liu, Xiong Xie // Applied Thermal Engineering. - 2015. -Vol. 81. - P. 262-270.

30. The transfer from a horizontal discontinuans finned tube in fluidized bed / W. E. Genetti [et al.] // AIChE. -1971. - Vol. 67, no. 116. - P. 85-89.

А. О. РЕДЬКО1*, I. О. РЕДЬКО2*

1 Каф. «Теплогазопостачання, вентилящя та використання теплових вторинних енергоресурсгв», Харкiвський нацюнальний унiверситет будiвництва та архгтектури, вул. Сумська, 40, Харюв, Укра1на, 61002, тел. +38 (057) 700 16 40, ел. пошта andrey.ua-mail@ukr.net, ORCID 0000-0003-2331-7273

2 Каф. «Експлуатацiя газових i теплових систем», Харкгвський нацюнальний утверситет мiського господарства iменi О. М. Бекетова, вул. Маршала Бажанова, 17, Харкгв, Украша, 61002, тел. +38 (050) 400 77 99, ел. пошта germes_s2006@ukr.net, ORCID 0000-0002-9863-4487

1НТЕНСИФ1КАЦ1Я ТЕПЛООБМ1НУ У ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОМУ КИПЛЯЧОМУ ШАР1

Мета. Дана робота спрямована на експериментальне дослiдження теплообмiну в високотемпературному киплячому шарi великих частинок для того, щоб забезпечити виконання екологiчних вимог до систем теп-лопостачання. Методика. Для вирiшення поставленого завдання розроблена експериментальна установка, яка забезпечуе проведення дослiджень при температурi киплячого шару та пульсуючого киплячого шару в дiапазонi 800-1000 °С. Температура киплячого шару досягаеться шляхом спалювання природного газу i деревних вiдходiв. Як матерiал шару використовувалися тсок та шамот iз розмiром частинок вiд 1,0 до 5,0 мм. Коефщент тепловiддачi вiд шару до поверхш, занурено! у шар, i щiльнiсть теплового потоку вимь рювалися калориметричним методом при стацюнарному режимi. Дослiджувалися гладкi та поперечно ореб-ренi труби з рiзною висотою й кроком ребер. Дослвди у високотемпературному пульсуючому киплячому шарi проводилися при пульсуючому спалюваннi природного газу в шарi або в шдгратчастш камерi, в яку окремо подавалися природний газ та повгтря. Частота пульсацiй горiння забезпечувалася системою автоматики. Частота спалаху регулювалася в дiапазонi вiд 0,14 до 5 Гц. Результати. Представлен результати фiзи-чного моделювання оцiнки коефщенпв тепловiддачi гладких та оребрених труб у киплячому шарi великих частинок при спалюванш деревних вiдходiв i газоподiбного палива. Показано, що коефщент тепловiддачi

3 пiдвищенням температури зростае у 2-2,5 рази, та в шарi з дiаметром частинок 2,5-5 мм становить 300350 Вт/(м2/К), що значно вище, нiж для шарових топок. Результати дослщв представлеш у виглядi узагаль-нено! залежносп, що враховуе дiаметр частинок i значення коефiцiента оребрення. Тепловiддача оребрених труб на 15-20 % нижче, шж гладких труб, але щшьшсть теплового потоку, вiднесена до площi оребрено! труби, дорiвнюе 0,12-0,15 МВт/м2, що вище, нiж для гладких труб. При пульсуючш подачi палива з частотою 1-2 Гц коефщент тепловiддачi зростае вiд 10-15 % до 25-30 %. При частот пульсацш вiд 2 до 5 Гц коефщент тепловiддачi змiнюеться вiд 510 до 570 Вт/(м2/К). При подальшому збiльшеннi частоти пульсацш коефщент тепловiддачi зменшуеться i становить 515-520 Вт/(м2/К). Показано суттевий вплив шпаруватосп пульсацiй вiд 0,8 до 0,3: коефщент тепловiддачi збiльшуеться на 30-35 %. Однак, при цьому спостерiгаеться нестiйкий режим горiння газоповгтряно! сумiшi та викид частинок матерiалу з шару. Результати дослiдiв представлеш у виглядi узагальнено! залежностi. Наукова новизна. Авторами представлеш вперше отримаш дослвдш данi про значення коефщенпв тепловiддачi оребрених труб у киплячому шарi та пульсуючому киплячому шарi великих частинок при температурi шару 800-1100 °С. Практична значимкть. Отриманi в роботi результати дозволяють розробляти топковi пристро! з низькотемпературним киплячим шаром шляхом занурення в шар оребрених трубчастих поверхонь. Дослвдш данi узагальненi та представлеш в критерь альному виглядi, зручному для практичного використання.

Ключовi слова: теплообмш; киплячий шар; оребренi поверхш; пульсуючий киплячий шар; тепловiддача; критерiальнi рiвняння

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 5 (71)

A. O. REDKO1*, I. O. REDKO2*

1 Dep. «Heat and Gas Supply and Use of Termal Secondary Energy Resources», Kharkiv National University of Construction and Architecture, Sumskaya St., 40, Kharkiv, Ukraine, 61002, tel. +38 (057) 700 16 40, e-mail andrey.ua-mail@ukr.net, ORCID 0000-0003-2331-7273

2 Dep. «Gas and Heat Supply», O. M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv, Marshall Baganov St., 17, Kharkiv, Ukraine, 61002, tel. +38 (050) 400 77 99, e-mail germes_s2006@ukr.net, ORCID 0000-0002-9863-4487

INTENSIFICATION OF HEAT TRANSFER IN A HIGH-TEMPERATURED FLUIDIZED BED

Purpose. This paper highlights experimental research of heat exchange in coarse particles to ensure the performance of ecological characteristics of Heat supply system. Methodology. The test stand has been developed to solve the defined task. It helps to do the research at the temperature of fluidizing bed and pulsating fluidizing bed at the range 800-1000 °C. The temperature of the fluidized bed was provided by burning natural gas and wood waste. Sand and chamotte with a particle size of 1.0 to 5.0 mm were used as the layer material. The heat-transfer coefficient from the layer to the surface, immersed in the layer, and the density of the heat flux were measured by a calorimetric method under steady-state conditions. Smooth tubes and transversely finned with different height and rib spacing were investigated. Experiments in a high-temperature pulsating fluidized bed were carried out with pulsating combustion of natural gas in a layer or in a sublattice chamber into which natural gas and air were separately supplied. The frequency of combustion pulsations was provided by the automation system. The flash frequency was regulated in the range from 0.14 to 5 Hz. Findings. It is presented the results of physical modeling to find out the heat-transfer coefficients of smooth and finned tubes in fluidizing bed of coarse particles in the process of wood waste and gaseous fuel combusting. It is proved that the coefficient of heat transfer increases with increasing temperature by 2-2,5 times in the bed which contains particles diameter of 2.5-5 mm is 300-350 Vt/(m2 K) that is much higher than for layer furnaces. The results of the experiments are presented in the form of a generalized relationship that takes into account the diameter of the particles and the value of the finning coefficient. Heat transfer of finned tubes is 15-20% less then smooth tubes but the density of heat flow referred to the area of a finned tube is 0,12-0,20 MVt/m2 that is higher than for smooth ones. At pulsating fuel supply with frequency 1-2 Hz the heat-transfer coefficient gets higher from 10-15% till 25-30%. At a ripple frequency of 2 to 5 Hz, the heat-transfer coefficient varies from 510 to 570 W/(m2K). With a further increase in the pulsation frequency, the heat-transfer coefficient decreases and amounts to 515-520 W/(m2K). A significant effect of the ripple pulsation from 0.8 to

0.3.is shown: the heat-transfer coefficient is increased by 30-35%. However, an unstable combustion regime of the gas-air mixture and the ejection of material particles from the layer are observed. The results of the experiments are presented in the form of a generalized relationship. Originality. The authors have presented the obtained experimental data about heat-transfer coefficients of finned tubes in fluidizing bed and pulsing fluidizing bed of coarse particles at the temperature of layer 800-1100 °C. Practical value. The results obtained at the research help to develop furnace devices with low-temperature fluidizing bed in the process of immersion in a layer of finned tubes layers. The research data is presented in criterial view which is convenient for practical using.

Keywords: heat exchange; fluidizing bed; finned surfaces; pulsating fluidizing bed; heat transfer; criterial equation

REFERENCES

1. Baskakov, A. P., Matznev, V. V., & Raspopov, I. V. (1996). Kotly i topki s kipyashchim sloyem. Moscow: Energoatomizdat.

2. Baskakov, A. P., & Goldobin, Y. M. (1970). Luchistyiy teploobmen v kipyaschem sloye pri psevdoozhizhenii gazom. Proceedings of Academy of Sciences. Power Engeneering and Transport, 4, 163-168.

3. Bokun, I. A., & Shlapkova, Y. P. (1988). Teploobmen mezhdu pulsiruyuschim sloyem i poverhnostyu nagreva. In Proceedings of the Minsk International Forum Heat and Mass Transfer, Minsk, 1988, May 24-27, 5, (pp. 54-55). Minsk: ITMO im. A. V. Lykova AN BSSR.

4. Galperin, N. I., Aynshteyn, V. G., & Toskubaev, I. N. (1972). O teploobmene mezhdu rebristyimi trubami i psevdoozhizhennym sloyem zernistogo materiala. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 9, 42-43.

5. Zabrodskiy, S. S. (1971). Vysokotemperaturnyye ustanovki spsevdoozhizhennym sloyem. Moscow: Energia.

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нащонального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 5 (71)

6. Ilchenko, A. I. (1968). Issledovaniye radiatsionno-konduktivnogo teploobmena v kipyashchem sloye. (PhD thesis). Available from A. V. Luikov heat and mass transfer institute of the National Academy of Sciences of Belarus, Minsk.

7. Migay, V. G., Shamyakin, V. N., Mantsev, V. V., & Zhitomirskaya, I. V. (1980). Issledovaniye teploobmena v gladkotrubnykh i orebrennykh shakhmatnykh puchkakh trub v topkakh kipyashchego sloya i na modelyakh. In Heat-Mass Exchange in Disperse Systems, 6 (1), 94-98.

8. Golovina, Z. N., Brook, Y. G., Solovyev, V. V., & Kuchin, G. P. (1981). Issledovaniye teploobmena mezhdu pulsiruyushchim sloyem i poverkhnostyu In Teoriya i praktika szhiganiya gaza. (pp. 150-153). Leningrad: Nedra.

9. Zhitomirskaya, I. V., Migay, V. M., Rassudov, N. S., & Shemyakin, V. N. (1982). Issledovaniye teploobmena shakhtnykh puchkov gladkikh i orebrennykh trub v kipyashchem sloe. Teploenergetika, 1, 49-51.

10. Makhorin, K. Y., Pikashov, V. S., & Kuchin, G. P. (1981). Teploobmen v vysokotemperaturnom kipyashchem sloye. Kyiv: Naukova Dumka.

11. Migay, V. M., Zozulya, N. V., & Zhitomirskaya, I. V. (1984). Issledovaniye teploobmena orebrennykh trub v kipyashchem sloye. Energomashinostroeniye, 1, 13-15.

12. Palchenok, G. I., Tamarin, A. I., & Zabrodskiy, S. S. (1980). Teploobmen mezhdu gorizontalnoy orebrennoy truboy i psevdoozhizhennym sloyem krupnykh chastits. Teplomassoobmen v dispersnykh sistemakh, 6 (1), 8998.

13. Palchenok, G. I. (1981 Teploobmen mezhdu gorizontalnym puchkom orebrennykh trub i psevdoozhizhennym sloem krupnodispersnogo materiala. In Issledovaniye protsessov perenosa v dispersnykh sistemakh. (pp. 1423). Minsk: ITMO AN BSSR.

14. Panov, O. M. (1977). Issledovaniye lokalnogo teploobmena po perimetru gorizontalnykh tsilindrov v vysokotemperaturnom kipyashchem sloe. (PhD thesis). Available from Ural Polytechnic Institute, Sverdlovsk.

15. Tamarin, A. M. Epakov, Y. G., Rassudov, E. S., & Shemyakin, V. N. (1977). Perenos tepla v topke kipyashchego sloya k gorizontalnomu shakhtnomu trubnomu puchku. Energomashinostroyeniye, 12, 7-8.

16. Rassudov, N. S., & Varlamova, A. E. (1983). O primenenii impulsnoy podachi vozdukha v topkakh s kipyash-chim sloem. Teploenergetika, 1, 62-64.

17. Rakhmanov, V. B. (1983). Teploobmen v topke s nizkotemperaturnym kipyashchim sloyem pri szhiganii zhidkogo i tverdogo topliva. (PhD thesis). Available from Kharkiv Polytechnic Institute, Kharkiv.

18. Toskubaev, I. N. (1974). Issledovaniye teploobmena mezhdu rebristymi poverkhnostyami i psevdoozhizhennym sloyem. (PhD thesis). Available from Moscow Technological University, Moscow.

19. Kharchenko, N. V. (1964). Issledovaniye teploobmena mezhdu kipyashchim sloyem i pogruzhennym telom pri vysokikh temperaturakh. (PhD thesis). Available from The Gas Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv.

20. Xu, L., Cheng, L., Ji, J., & Wang, Q. (2017). Effect of anti-wear beams on waterwall heat transfer in a CFB boiler. International Journal of Heat and Mass Transfer, 115 (B), 1092-1098. doi:10.1016/j.ij heatmasstransfer.2017.08.085

21. Liu, X., Zhang, M., Lu, J., & Yang, H. (2015). Effect of furnace pressure drop on heat transfer in a 135 MW CFB boiler. Powder Technology, 284, 19-24. doi:10.1016/j.powtec.2015.06.019

22. Li, Z., Janssen, T. C. E., Buist, K. A., Deen, N. G., van Sint Annaland, M., & Kuipers, J. A. M. (2017). Experimental and simulation study of heat transfer in fluidized beds with heat production. Chemical Engineering Journal, 317, 242-257. doi:10.1016/j.cej.2017.02.055

23. Jolley, J. J. (1949). Heat transfer in beds of fluidired solids. Fuel, 28 (5), 114-115.

24. Krause, W. B., & Peters, A. R. (1983). Heat transfer from horizontal serrated finned tubs in a air-fluidized bed of uniformly sized particles. Journal of Heat Transfer, 105 (2), 319-324. doi:10.1115/1.3245581

25. Natusch, H. J., & Blenke, M. (1974). Zur Wärmeübertragung an horizontaben Lärgsrippenrohren in Gas. Fliebbetten Verfahrenstechnik, 8 (10), 287-293.

26. Natusch, H. J., & Blenke, M. (1973). Zur Wärmeübertragung an Rippenrohren in Gas. Fliebbetten Verfahrenstechnik, 7 (10), 293-296.

27. Neukirchen, B., & Blenko, M. (1973). Gestaltung horizontaler Rohrbündel in Gas-Wirbelschichtreaktoren nach wärmetechnischen Gesichtspunkten. Chemie Ingenieur Technik, 45 (5), 307-312. doi:10.1002/cite.330450516

28. Petre, J. C., Treeby, W. A., & Buckham, J. A. (1968). Heat Transfer In-bed Heat Exchangs. Chemical Engineering Progress, 64 (7), 45-51.

Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2017, № 5 (71)

29. Wang, H., Lu, X., Zhang, W., Wang, Q., Chen, J., Kang, Y., ..., & Xie, X. (2015). Study on heat transfer characteristics of the high temperature reheater tube panel in a 300 MW CFB boiler with fluidized bed heat exchanger. Applied Thermal Engineering, 81, 262-270. doi:10.1016/j.applthermaleng.2015.02.025

30. Genetti W.E. et al (1971). The transfer from a horizontal discontinuans finned tube in fluidized bed. AIChE Symposium Series, 67 (116), 85-89.

Статья рекомендована к публикации д.т.н., проф. В. А. Габринцом (Украина); д.т.н., проф. И. И. Капцовым (Украина)

Надшшла до редколеги: 06.06.2017 Принята до друку: 28.09.2017

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.