Основные понятия. Кипящий псевдоожиженный слой – это состояние зернистого сыпучего материала, при котором, под влиянием проходящего через него потока газа или жидкости

Кипящий псевдоожиженный слой – это состояние зернистого сыпучего материала, при котором, под влиянием проходящего через него потока газа или жидкости (сжижающих агентов), частицы твердого материала интенсивно перемещаются одна относительно другой. В этом состоянии слой напоминает кипящую жидкость, приобретая некоторые её свойства, и его поведение подчиняется законам гидростатики.

Отметим, что в качестве величины, характеризующей расход газа (рис. 4.6), использована фиктивная скорость υ ₀, равная объему газа ΔV, прошедшему че­рез слой, отнесенного к площади S поперечного сечения слоя и времени Δτ:

(4.1)

Важнейшей характеристикой слоя сыпучего материала является порозность ε - объемная доля пустот в слое:

,(4.2)

где V_с - общий объем, занимаемый слоем; V_m - объем, занимаемый частицами твердой фазы.

Для неподвижного слоя шарооб­разных частиц порозность составляет приблизительно ε ≈ 0,4, независимо от диаметра этих частиц. Порозность псевдосжиженного слоя увеличивает­ся с повышением расхода газа. Когда объем слоя становится намного боль­ше, чем объем твердой фазы, пороз­ность стремится к единице.

Рис. 4.1 График зависимости падения давления от фиктивной скорости.

Переход неподвижного слоя в кипящий происходит при такой скорости ожижающего агента υ _пс, когда гидродинамическое давление потока Р уравновешивает силу тяжести G, действующую на частицу. При дальнейшем увеличении скорости слой вначале расширяется при неизменном гидравлическом сопротивлении ΔP, а при достижении условия P>G частицы начинают выноситься из слоя. Пока слой неподвижен, P возрастает при увеличении υ ₀ (участок АВ). После точки В, соответствующей переходу слоя во взвешенное состояние, сопротивление слоя не изменяется при росте скорости (участок ВС). После точки С, соответствующей началу уноса частиц твердого материала, сопротивление слоя падает. Скорости ожижающего агента, соответствующие точкам В и С, называются скоростью псевдоожижения υ _nc и скоростью υ _ун уноса соответственно. Отношение υ _nc/ υ _ун называется числом псевдоожижения, характеризующим интенсивность перемешивания частиц в кипящем слое. Основные параметры кипящего слоя могут быть вычислены по полуэмпириче­скому уравнению:

.(4.3)

Здесь Re - число Рейнольдса, определяемое по фиктивной скорости, диаметру частиц d_m, плотности ρ и коэффициенту динамической вязкости газа μ:

, (4.4)

где Ar — число Архимеда, равное

, (4.5)

где ρ- плотность частиц твердой фазы; g - ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²).

С целью обобщения опытные данные, полученные для разных систем, представляют в виде зависимости между безразмерными числами подобия Лященко Ly и Архимеда Ar

. (4.6)

Зависимость Ly = f(Ar) при разных значениях порозности слоя ε представлена в логарифмических координатах на рис. 4.3. Благодаря тому что число Лященко не содержит величины диаметра частиц, а число Архимеда - скорости газа, графики на рис. 4.3 позволяют найти любую из трех величин (d_m, υ ₀ или ε), если известны две из них d_m, υ₀.