Вплив клапанного ефекту на енергоефективність шарових газодинамічних систем

Анотація

На енергоефективність газодинамічних процесів шарових систем істотно впливають напрямок руху газів та властивості зернистого шару, які мають бути враховані у формулі Дарсі-Вейсбаха. Складний вигляд закономірності коефіцієнта опору від частки дрібних фракцій у шарі обґрунтовується хвилеподібною формою каналів, у яких розміщуються дрібні фракції. Однак, дане явище також може бути обґрунтовано примусовою міграцією дрібних частинок усередині порожнин шару під впливом рухомих газів. Досліджено вплив рухливості частинок під час продування повітрям розділених та змішаних зернистих шарів на коефіцієнт газодинамічного опору. Для монофракційних шарів спостерігали плавне зниження величини коефіцієнта зі збільшенням витрати повітря до переходу шару в режим псевдозрідження. Для розділених шарів виявлено злами, зумовлені формуванням малопроникної ділянки за рахунок розміщення дрібних фракцій у вузьких місцях між великими. Наявність такого зламу залежить від співвідношення розмірів частинок та їхньої шорсткості. Збільшення тиску під шаром забезпечує поступове переміщення дрібних фракцій вгору порожнечами між великими фракціями. Зверху утворювався шар із дрібних кульок та втрати тиску в усьому шарі стали приблизно вдвічі вищими, ніж для розділеного шару. Це зумовлено тим, що дрібні кульки повністю заповнюють порожнечі між великими котунами та загальна висота стовпа кульок у каналах шару збільшилася приблизно вдвічі по відношенню до вихідної висоти засипки. Крім того, збільшується звивистість каналів між великими котунами, якими проходить повітря, що сприяє підвищенню газодинамічного опору шару. Для монофракційної шихти дрібних кульок при критичному перепаді тиску газу спостерігається різкий перехід у «киплячий» шар, відбуваються пульсації тиску ±100 Па та витрати ±0,365·10^–3 м³/с. Після формування каналів-гейзерів відбувається мимовільне різке падіння перепаду. Жорстка структура шару, яка характерна для агломераційного процесу, забезпечує рівномірний рух газів в шарі, але клапанний ефект виникає при вмісті дрібних фракцій в шарі більше 3,1 % та підвищує енергозатрати на рух газів в шарі на 30 %. При цьому відбувається розміщення двох і більше частинок в таких порожнинах між великими та які утримуються в них за рахунок сил тертя. Усунення малопроникного бар’єру дозволить підвищити висоту спікного шару з 400 до
550–600 мм та знизити витрати твердого палива шихти на 10–15 % за рахунок його перерозподілу по висоті.