Вестник МГТУ, 2021, Т. 24, № 3.

Вестник МГТУ. 2021. Т. 24, № 3. С. 287-298. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2021-24-3-287-298 - скорость при переходе слоя из состояния покоя в режим псевдокипения - 1-я критическая скорость юкр, м/с; - порозность слоя е (относительный объем пустот); - 2-я критическая скорость юун уноса частиц в нестесненных условиях, которая ориентировочно соответствует скорости витания, при которой единичная частица находится в равновесии в газовом потоке (не подвергается уносу и не оседает), м/с. Закономерности гидродинамики псевдоожиженного слоя можно описать, используя различные соотношения (Титова, 2009; Никитина, 1968; Жадан, 1939; Попова, 2004; Фролов, 1982). Определение юкр опирается на взаимосвязь между потерей напора в слое и скоростью потока ожижающего агента в свободном сечении агрегата. Среди сравнительно простых и адекватных для инженерной практики соотношений для расчетного нахождения юкр можно выделить соотношение Эргана (для зернистых материалов из элементов варьируемого типа), Козени - Кармана (Попова, 2004) (для мелкогабаритных частиц размером 0,1-1 мм), О. М. Тодеса ( Титова, 2009 ). Обобщенное полутеоретическое соотношение О. М. Тодеса имеет наиболее приемлемую формулировку по причине его универсальности и простоты; оно применимо в широких пределах варьирования критерия Рейнольдса, соответствующих как ламинарному, так и турбулентному режиму, и может быть рекомендовано для предварительного определения критической скорости псевдоожижения монодисперсных слоев с погрешностью ± 30 %. При хаотичной засыпке частиц (если принять, что в среднем в момент перехода к псевдоожижению е = 0,4) соотношение представляется в следующем виде: ReKp = --------- Ar — г = - (1) ^ 1400 + 5,2 l4 A r Значение вычисляется по известным соотношениям для нахождения скорости свободного оседания и уноса единичной частицы, например по формулам Риттингера, Стокса, Аллена (Никитина, 1968; Шевцов и др., 2008). п R e *F /- Юкр \ С целью определения пределов наличия псевдоожиженного слоя по -----— (или —- ) ^ в и т Юун целесообразно использовать интерполяционное соотношение П. Г. Романкова ( Титова, 2009 ), применимое в широких пределах варьирования критерия Архимеда: Юкр _____ 0,1046 1+ 0 ,00373Ar' ^ = 0 , 1 1 7 5 „ ; ,; ; 4 6 , 0 , - (2) Следует отметить, что вышеприведенные полуэмпирические соотношения справедливы для монодисперсных частиц, взвешенных в агрегатах с неизменными формой и площадью поперечного сечения, и не учитывают ряд параметров, влияющих на величину критической скорости псевдокипения, таких как поверхностная шероховатость частиц, габариты и форма рабочей камеры установки, состояние ее внутренней поверхности, вид решетки для распределения газовой среды и т. д. По этой причине целесообразно выявить закономерность варьирования критической скорости псевдокипения опытным путем для конкретных агрегата и объекта обработки (Титова, 2009; Исследование..., 1985; Членов и др., 1972; Гельперин и др., 1967). Уравнения для определения потери напора Д Р в агрегатах с псевдокипящем слоем получаются из условия идентичности гидродинамического давления и противодействующей переходу частиц во взвешенное состояние силы. По причине того что гидросопротивление ожижаемого слоя определяется преимущественно гравитационной силой слоя, перепад давления в нем, зависящий от силы сопротивления стенок ожижающему агенту и местных сопротивлений (сужений, изгибов и др.), можно не учитывать. Перепад давления, в существенной мере определяемый плотностью засыпки частиц и, как следствие, пористостью ( Титова, 2009; Trowell, 1978), линейно растет в зависимости от высоты слоя. В варианте трансфера воздушной среды сквозь слой волокнистых материалов ДР повышается с ростом высоты слоя в большей мере. При ожижении крупногабаритных частиц (отношение диаметра камеры D к размеру частицы материала d, оставляет менее 50) гидросопротивление слоя существенно обусловлено влиянием трансфера воздушной среды в пограничных участках отсеков установки, где частицы уплотнены в меньшей степени. В периодически функционирующих агрегатах для перехода их состояния покоя в состояние псевдокипения необходим избыточный напор, который в установках с неизменным сечением сравнительно мал и находится в пределах 1,5-5 % от рабочего давления. В агрегатах конической формы, особенно функционирующих в фонтанирующем режиме, ДР в 1-й критической точке может в 2-3 раза превышать рабочее гидросопротивление (Титова, 2009). В варианте тягодутьевой техники данный пик давления необходимо принимать во внимание. 289