Визуализация процесса формирования фонтанирующего слоя в щелевой установке Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 66.047

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ФОНТАНИРУЮЩЕГО СЛОЯ В ЩЕЛЕВОЙ УСТАНОВКЕ

Пахомов Андрей Николаевич, кандидат технических наук, доцент, Комбарова Елена Юрьевна, студент, Позднышева Ирина Геннадьевна, студент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тамбовский государственный технический университет», Тамбов, РФ

В статье представлено описание экспериментальной установки, использованной для визуализации характера формирования кипящего слоя при боковом подводе псевдоожижающего агента. Описаны основные результаты наблюдений за движением отдельных частиц. Показаны особенности поведения слоя при использовании тангенциальной подачи газа. Обоснованы основные упрощения математической модели формирования фонтанирующего слоя в аппарате с направляющими.

Ключевые слова: кипящий слой; частица; скорость; фонтанирование.

VISUALIZATION OF THE PROCESS OF FORMATION OF A FLOWING LAYER IN A SLOT DEVICE

Pakhomov Andrey Nikolaevich, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor, Kombarova Elena Yur'yevna, student, Pozdnysheva Irina Gennad'yevna, student, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Tambov State Technical University», Tambov, Russia

The article describes the experimental setup used to visualize the nature of the formation of the fluidized bed in the lateral supply of a fluidizing agent. The main results of observations of the motion of individual particles are described. The features of layer behavior are shown when using the tangential gas supply. The basic simplifications of the mathematical model of the formation of a flowing layer in a device with guides are substantiated. Keywords: fluosolids; particle; speed; flowing by heads.

Лабораторные установки кипящего слоя толщиной в одно зерно (щелевые установки) находят широкое применение в лабораторных и экспериментальных исследованиях процессов связанных с формированием кипящего слоя [1, с. 120]. Преимуществом данного рода аппаратов является возможность визуального наблюдения за характером кипения, что позволяет производить анализ движения отдельных частиц и анализ формирования агломератов и неоднородностей слоя [2, с. 122].

Исходя из полученных данных о движении частиц возможно получение кинетических зависимостей наблюдаемых явлений. Непосредственно в экспериментальной установке имеется возможность формировать произвольно форму аппарата, устанавливать заданный характер ввода сыпучего продукта в слой, изменять характер места ввода псевдоожижающего агента, варьировать тип газораспределительной решетки.

Для анализа возможностей интенсификации процесса сушки жидких дисперс-

ных продуктов в аппаратах с кипящим тангенциальным вводом газа, а также с слоем нами была разработана схема ап- определенными направляющими элемен-парата фонтанирующего слоя с боковым тами внутри сушильного аппарата (рис. 1).

Рис. 1. Схема щелевой установки фонтанирующего слоя с боковым тангенциальным вводом газа: 1 - корпус, 2 - модельные частицы, 3 - ограничитель, 4 - направляющая, 5 -основной поток газа, 6 - боковой подвод газа, 7 - газораспределительная решетка.

Основным исследуемым вопросом было получение численных характеристик движения отдельных частиц материала с определением скорости движения твердой фазы в потоке псевдоожижающего агента. Анализировалось движение отдельно выбранной частицы маркера в фонтане, формирующимся внутри аппарата в заданном режиме.

Анализ видеосъемки поведения зернистого материала с маркерной частицей позволяет сделать вывод о том, что большая часть зернистого материала увлекается псевдоожижающим агентом и попадает на направляющий элемент, затем движется вдоль элемента и отбрасывается потоком к стенке аппарата.

Частица, отброшенная к стенке аппарата, опускается вдоль вертикальной стенки и далее может быть захвачена другими частицами и заново отброшена на направляющий элемент, либо может продвигаться вдоль стенки аппарата к газораспределительной решетке, где заново направляется в основной факел фонтана. Характер дви-

жения частиц в районе направляющей показан на рис. 2.

Анализ поведения отдельной частицы в этом случае осложняется многочисленными столкновениями контрольной частицы с другими частицами слоя. При этом скорость частицы изменяется от нуля до некоторой скорости близкой к скорости псев-доожижающего агента [3, с. 13].

Как правило, эта скорость наблюдается в средней части факела. Установлено что практически все частицы, попадающие на установленный внутри аппарата направляющий элемент, движутся снизу вверх. При этом скорость движения частицы с разных сторон направляющего элемента различается в зависимости от количества соседних частиц. Как правило, со стороны основного фонтана скорость частиц выше, чем скорость частиц со стороны стенки аппарата.

Для математического описания характера движения частиц внутри фонтанирующего слоя в этом случае можно предположить упрощение экспериментальной

1 N

V

л

а.

о.

в.

Рис. 2. Характер движения частиц в районе направляющей: 1 - направляющая, 2 - стенка аппарата; а - направляющая установлена под наклоном, б - вертикальная направляющая у стенки аппарата, в - вертикальная направляющая установлена по оси аппарата.

модели (для дальнейшего построения математической модели) и рассмотреть движение отдельной частицы без учета столкновения с другими частицами зернистого слоя [4, с. 73]. Однако такое предположение даст некоторую погрешность в оценке полученных кинетических зависимостей.

Общий анализ движения частиц в пред-

ложенной экспериментальной установке дает возможность выявить влияние конструктивных и технологических параметров аппарата на кинетические характеристики процесса фонтанирования, что позволяет определить, например, размер серапарационной зоны аппаратов с фонтанирующим слоем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Pakhomov A. N. Formation and behaviour of fluidized bed of inert particles / Pakhomov A. N., Volostnykh S. G., Eltsov A. G., Shuvaev L. S. // European Applied Sciences: challenges and solutions. 2nd International Scientific Conference. - 2015. - P. 119-120.

2. Pakhomov A. N. The influence of the shape of the dryer to the nature of binary fluidized bed of inert / Pakhomov A. N., Banin R. Y., Chernikh E. A., Loviagina E. Y. // Applied and Fundamental Studies Proceedings of the 8th International Academic Conference. Publishing House Science and Innovation Center. - 2015. - P. 121-123.

3. Пахомов А. Н. Исследование характера кипящего слоя в сушилке с инертными телами / Пахомов А. Н., Скрипникова С. Г., Сироткин А. О., Загребнев Р. С. // Инженерный вестник Дона. - 2016. - Т. 40. - № 1 (40). - С. 13.

4. Пахомов А. Н. Некоторые особенности моделирования сушилки с кипящим слоем инертных тел / Пахомов А. Н., Васенина С. В., Бирюкова И. А., Комбарова Е. Ю., Позднышева И. Г. // Инженерный вестник Дона. - 2016. - Т. 43. - № 4 (43). - С. 72.

REFERENCES

1. Pakhomov A. N. Formation and behaviour of fluidized bed of inert particles / Pakhomov A. N., Volostnykh S. G., Eltsov A. G., Shuvaev L. S. // European Applied Sciences: challenges and solutions. 2nd International Scientific Conference. - 2015. - P. 119-120.

2. Pakhomov A. N. The influence of the shape of the dryer to the nature of binary fluidized bed of inert / Pakhomov A. N., Banin R. Y., Chernikh E. A., Loviagina E. Y. // Applied and Fundamental

Studies Proceedings of the 8th International Academic Conference. Publishing House Science and Innovation Center. - 2015. - P. 121-123.

3. Pakhomov A. N. Issledovanie kharaktera kipyashchego sloya v sushilke s inertnymi telami / Pakhomov A. N., Skripnikova S. G., Sirotkin A. O., Zagrebnev R. S. // Inzhenernyy vestnik Dona. - 2016. - T. 40. - № 1 (40). - S. 13.

4. Pakhomov A. N. Nekotorye osobennosti modelirovaniya sushilki s kipyashchim sloem inertnykh tel / Pakhomov A. N., Vasenina S. V., Biryukova I. A., Kombarova E. Yu., Pozdnysheva I. G. // Inzhenernyy vestnik Dona. - 2016. - T. 43. - № 4 (43). - S. 72.

Материал поступил в редакцию 18.05.2017 © Пахомов А. Н., Комбарова Е. Ю., Позднышева И. Г., 2017