К.т.н., доцент, Мных А.С.

Запорожская государственная инженерная академия, Украина

Описание тепловых процессов в слое монодисперсного сыпучего материала

При описании теплофизических процессов, протекающих в слоях сыпучих материалов, применяют ряд допущений, стремясь достичь при этом сохранения в модели обрабатываемого слоя наиболее важных характеристик и особенностей процесса, таких как: физико-химические характеристики сырья и топлива, фракционный состав исходного материала, степень сегрегации классов крупности материала, характеризующей структуру слоя подготовленного к тепловой обработке и т.д.

Закономерности протекания тепловых процессов в слое монодисперсных материалов, характерны для обжига железорудных окатышей на конвейерных машинах. Общую схему теплообмена в таком слое представим на рис. 1.

Рис. 1 – Схема теплообмена в пористом монодисперсном слое

Физическую модель процесса представим следующим образом: через слой монодисперсного сыпучего материала с порозностью , имеющего высоту и температуру , движется газ, температура которого на входе в слой равна , а скорость газового потока характеризуется величиной .

Исходя из того, что слой монодисперсного сыпучего материала на паллете конвейерной машины принимаем как стационарный, градиент температур в котором направлен по оси . Для соблюдения технологических требований необходимо обеспечить определенный уровень температур по высоте и ширине паллеты , потому координатой можно пренебречь, приняв . Таким образом, перейдем к двумерной схеме представления модели и примем следующие допущения: тепловой поток от газа к гранулам в любой точке слоя пропорционален разности температур между поверхностью частиц и газом; коэффициент теплоотдачи от газа к гранулам постоянен для всей поверхности частицы и не изменяется по высоте и ширине слоя; связанные с изменением температуры изменения объема газа и слоя невелики, что позволяет ими пренебречь.

Согласно закону сохранения энергии [1,2], _{с учетом уравнения характеризующего изменение скорости фильтрации продуктов горения по высоте слоя, система уравнений, позволяющая описать тепловые процессы, протекающие в слое монодисперсного материала, примет вид:}

₍₁₎

_где: - изобарная теплоемкость материала, Дж/(кг·К); - насыпная плотность слоя материала, кг/м³, - температура материала, К; - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К); _{- теплоемкость газа, кДж/(кг·К); - плотность газа, кг/м³; - скорость газового потока, м/с, - порозность слоя, м³/м³; - объемный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м³·К); - температура газа, К; - высота слоя, м; - радиус эквивалентного канала, м; - коэффициент объемного расширения газа, .}

_{Исходя из того, что в реальных технологических условиях на слой монодисперсного материала, находящегося на конвейерной машине, сверху действует источник постоянной температуры, а по бокам и снизу слой контактирует с внешней средой посредством конвективного теплообмена, начальные и граничные условия запишутся в следующем виде:}

Н.У. , , ,

Г.У.:

_{Система уравнений (1), дополненная начальными и граничными условиями, определяет общую математическую формулировку рассматриваемой задачи. Приведенные уравнения описывают распределение температуры в слое монодисперсного материала, характерном для слоя железорудных окатышей, что позволит использовать (1) в исследованиях тепловых процессов протекающих в обжигаемом материале.}

Литература

1. Wyllie M. R., Gregory A. R. – Ind. Eng. Chem., 1955, v. 47, p. 1379.

2. Исаченко, В. П. Теплопередача [Текст]/ В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. Учебник для вузов, Изд. 3-е. М.: Энергия, 1975, 488 с.