Введение к работе
Актуальность те.ми. Производительность химических рзакто-ров с неподвлнншл зернистый слоем (НЗО) катализатора эр/ -;снт от равномерности распродолешш газового г.оїока ло сачошш алпа-рата. Известно, что з аппаратах аксиального тлпа ямс к/; место значительные кеоднородностл поля скоростей газСіОі'о потока, что привомт к возникновению локальних отклонили;; от сродного ирамо-ни контакта для различных ломоитов потока л неблагоприятно сказывается на работа реактора. З рлдо исследований сшз показано, что о'ычяо применяемые способы свободной загрузки зорллстых материалов в технологические аппараты cnocodorayt/r фоаллроааншэ неравномерной структуры слоя. Сказалось, что возникшую в . -зультате этого неоднородіюсгл скоростей потока ц^п отклонении от средних значений, примерно на 30 /J, могут призами для экзотермических реакций к скиданий конверсии на' 10-15 %. Селективность процесса при этом то;гл падает.
До недавнего времена равнеолер .ое распрздоленло потокоз газа ила жидкости в химических реакторах питались осуществить с помощью-входных распределительных устройств, полагая прл охо:.:, что в дальнейшем cavi слой будет работать как выравнивавдее устройство. Однако лабораторные эксперименты л результата обследования промышленных реакторов показа "л, что первоначально однородный лоток еще но является гарантией равномерного распределения газа или жидкости по всему слом. Большой цикл исследований, проведенных М.Э.Азровым, o.wl.Тодесом и другими позволил установить, что зернистый слой содержит неоднородности. различного типа, а имзн-но, локальные - соизмеримые " размером отдельной частицы слоя и крупномасштабные - соизмеримые с размером аппарата. Эти неоднородно- ли влияют на распределение окоростеї в слое.
2..
Однако проводонные исследования не раскрыли причин возни- . кноеоішя уїсазанпах нєоднородностей зернистого слоя в реакторах и поэтолу осталось неясным, как эти неоднородности воздействуют на структуру потока газа дли яадкости в реакторе.
Очевидно, что Есследование причин возникновения структурных кеоднородностеЯ по объе:.у слоя и разработка способов их устранения является актуальной задачей с точки зрения повышения эффективности работы химических аппаратов.
Работа выполнялась в соответствии < Координашюшшм планом All СССГ по направлении "Теоретические основы химической технологии" (п.п. 2,27.1.4.7) на 1965-1690 г.г., с планом научнс исследовательских работ Ярославского государственного педагогического института по теме "Методы организации неподвижного зернистого слоя в аппаратах аксиального типа", В гос. регистрации 0190.0062886.
Целью работы являлосі изучение структуры неподвижного зернистого слоя я поля скоростей газа, в аппаратах аксиального типа, установление связи между локальными и іфупношсштабннми не-о^ородностямп структуры и способами организации слоя и разра-. Сотка на этой основе практических способов создания однородных зернистых слоев, позволявши: формировать необходимую для эффек- тивной работы реактора структуру потоков реакционной смеси.
Научная новизна работы определяется следующими новыми результатами, полученными соискателем: .
зернистый слой впервые изучен таким набором экспериментальных методов, совокупность которых позволила прозондировать структуру его как вблизи ограничивающей слой стенки на г^сштабе одного диаметра зерна, так и по всему объему слоя;
разработан ное.1 метод контроля структуры зернистого слоя .утем проонпки мелкодисперсного сыпучего материала через
него, вперше использован для изучения зерниотого слоя метод рентгеновской вычислительной томографии; кроме того, ряд экспериментальных методов (моточ. штеснешш воздуха «пдкостью из перового проотранстш зернистого слоя, метод ослабления }Г -квантов, тензометрирование напряжений в среде) усовершенствованы в работе такім образом, чтобы получить количественные данные о структуре слоя;
установлено, что основными факторами, определягаимп возникновение неоднородпостей структуры слоя, являются форма и упругие свойства ограничивавдих поверхностей (стенок и днища аппарата) и способы организации слоя;
получено аналитическое решение задачи о движении яидкоо-ти и газа в зернистых слоях, в которых распределение порозйостн изгоняется как по радиусу, так л по высоте аппарата;
закономерности распределения неоднородностей зерниотого слоя при различных способах загрузки частиц (на конус, через воронку, спиралью от стенки и от центра) изучены методом реит-геновскоГ. вычислительное томографии и на основа этих иссяодога-ляя раскрыт мбханпзм взаимодействия частиц и станки при различных способах загрузки, определяющий возникновение неоднородностей олоя;
показано, что наличие мягкой деформируемой стенки устраняет лекальные и крупнтеиептабныв неоднородности, а профилированная (в ввде сетки) ограничивающая поверхі;ость снижает в оо-новном только локальные неоднородности структуры;
установлено, что наилучшие результаты при создании однородных слоев зернистого материала в хп.иг:о-технологичвских аппаратах аксиального тала дает способ загрузки по спирали; лрвд-лонвны две модификации способа загрузки: загрузка от стенки л от центра аппарата;
4 .
- обоснованный в работе вероятностный подход к организации зернистого слоя позволил создать оригинальную конструкцию загрузочных устройств, пригодных дія применения в аппаратах как малого, так и большого длаштра.
Реализация оозультатоь работы. Разработанные методы управления структурой неподвижного зернистого слоя а загрузочное устройство апробированы в ІИАіІ и использовшш при разработке рекомендаций по повышению эффективности работы адсорбционных аппаратов.
Апообаш'л работа. Результаты работы, докладывались и обсуждались на 4-ой Всесоюзной конференции VoxaiuiKu сыпучих материалов" (г. Одесса, 19Ь0 г.), на Всесоюзной конференции "Химреак-тор-10" (г. Тольятти, 19Ь9 г.), 4-ой Школе-чдадинаре "Соврогешше проблемы тепло- и массооо'ьюна в хишчэсксй технологии" (г. Звенигород, IQ9I г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе получено 2 авторских свидетельств?, на изобретения;
Структура л объем работы. Диссертация состоит из введения, .
четырех глав, выводов, списка литературы из 115 наименований оте
чественных и зарубааных авторов. Объем работы: U4B с., 96 рис.,
Ь таблиц и приложение. ,
ОСЗЮВЖІ! СОДІЇРІШЕ РАБОТЫ .-
Критический анализ экспериментальных и теоретических исследований структуры ІЕЗС покаьэл, что структура слоя прозондирована, в основном, только в пристеночаои области. Эти результаты не могут объяснить наличие а адшцадча неравномерности поля скоростей, масштаб которых сопоставим с размером аппарата. Б качестве основных причин, влияющих на появление таїУіх неравномерностей рассматриваются: влияние стопок аппарата, деформация слоя под воздействием потока газа и ачилнио способа согрузки (оргаїшзации)
зернистого слоя,
В наогоящей работе предпринято исследование неоднороднос-тей, возникающих в зернистой олоо вблизи его ограничивающих поверхностей и в объема слоя в результате различных способов его организации. Был использован широкий набор экспериментальных методов, позволиших исследовать как локальные, так и крупномасштабные изменения порозностп.
Влияние ограничивающих поверхностей
Распределение порозности вблизи твердой стегки изучали методом вытеснения, который заключается в последовательном вытео-нении жидкостью воздуха из пороюго пространства зернистого слоя, находящегося в специальной кювете. їїо этой методике неоднородности порознооти измеряли от дна кюветы ( то есть в области; где Jj. _ оо ^ J специальной серии опкхов для умэньшения влияния твердой стенки использовали слой деформируемого материала (поролона) или сетку, накладнваеі.ую на стенку.
Из аьализа экспериментальных результатов оледует, что распределение породности вблизи плоокой поверхности днища кюветы оовпадает о аналогг.чным распределением вблизи боковой поверхности цилиндрического аппарата, найденным в работах Бепонатти и Бро-оилова (1962) и Риджвея и Тарбука (1968). Отличия заключаются в том, что колебательный характер распределения порозности вблизи среднего значения, сооїветствухсіиЯ области более регулярной укладки частил, наблюдается на расотояшшх до (8tI0) dy от днища кюветы, в то время как в работах указанных выше исследователей соответствующие расстояние от цилиндрической стенки составляет лишь (4+5) dy . В опытах о мягкой деформируемой отенкой и сеткой показано, что меняя свойства ограничивающих поверхностей, можно влиять на распределение порозности. Например, при использовании "мягкой стенки" и сетки с определенным размером ячеек
можно уменьшить пркстеночныИ вффокт, то есть область о рзіуляр-ной укладкой чаотип составляет лишь (2*3) tf л (рис. I). Расче-ги показывает, что структура зернистого слоя со средней пороэ-ноогью 0,4 соответствует упаковкам зернистой среды о координационным числом jf = 8.
mg Рис. I. Распределение в на
правлении по нормали от дшща вдоль
Л а. осп Z , получанное методом внтео-
|JUfjfW4»#* нения для шаров о dt = 15 мл:
ЧІ ^ ^ а - от твердой ограничивающей повар
и хности, б - от "мягкой отенка".
2 4 Z
Изучение распределения порознооти слоя зернастого материала по диаметру аппарата осуществляли путем просвечивания пучком Ґ -квантов, ориентированным "параллельно оси аппарата о заданнш шагом по окружностям различных радиусов. В качестве поточника монознергетпчеокого ^"-излучения использовали изотоп Сі . Связь между порозностью й ішеноивностью излучения JT -квантов определяли ко форуле
о j & ґЗоШН})
*-{ J4fc»-J»m Ш
Полученные результата хорошо согласуются о распределением
порознооти найденным методом вытеснения, однако оказалось, что
средние значения порознооти слоя зависят от отношения g- .
Измерения показали, что кроме локальных существуют а крупномасштабные иеоднородаоста, устраняемые примененном мягкой деформируемой стенка (рио. 2).
Рис. 2. Распределение В по нормали от днии», полученное методом ослабления if -квантов для одров Ui - 4 мы: а - распределение вблизи твердой поверхности, б -- вблизи "мягкой стенки*.
Влияние способов организации зернистого слоя
Результаты работы Броуна и Ричардоа (1967) дают основание предположить, что структура зернистого олоя зависит от способа его загрузки. Для проверки этого предположения проводили измерение напряжений на дне и боковой поверхности цилиндрического контейнера специально сконструированными тензодатчиками. Для овободпо загружаемых слоев и слоев, уплотненных вдбрацзей, измеряли напряжения на ограничивают» слой стенках и внутри слоя.
Распределение напряжения на дне контейнера для загрузок такого типа представлено на ряс 3.
Рио. 3. Распределение (о на дне контейнера для свободной (светлые точки) и уплотненной (темные точки) укладки шаров:
". а,««;
Напряжения, возникающие на поверхностях контейнера, загноят от отношения cct я способа организации зернистого слоя. В процессе вибрация происходи? уплотнение олоя, то ость уволиче-иие числа контактов о другими частицами (темные точки на рио.З) я увеличение нагрузки на дншцз контейнера. Это приводят к возникновению неоднородностей в отруктуре слоя.
Возникновение крупномасштабных неоднородностей при различных способах организация слоя отмечено и при использовании метода просыпки мвіосодгеперсного сыпучего материала. Зтот метод
позволяет качественно регистрировать застойные зоны и разрых-ленля, расположенные в объеме зернистого слоя.
Для изучения распределения неоднородностёй в объеме слоя был применен метод рентгеновской вычислительной томографии (FBT). В основе этого метода лежит принцип теневого просвечивания о последующей обработкой полученных результатов сверткой функций. Эти результаты, формируемые в виде матрицы распредзле : ния линейного коэффициента ослабления.(ЛКО), фиксируемые на различных нооителях (магнитном диске, бумаге) ила воспроизводимые на экране дисплея,позволяют произгести реконструкцию двумерного раопределония ЛКО. Связь мезду ДІЮ и порозносуыо имеет вид
о - 4 ШШ - і i+(tiulrlQ'*
Для изучения влияния- способов организации на отруктуру зернистого слоя засыпку осуществляли на конус, размеры которого па 10 % меньше диаметра аппарата 2? , через воронку и по спирали, (перемещая струю зернистого материала по сечению аппарата). Некоторые результаты, иллюотрпрущио распределено порогнооти при этих способах загрузки представлены на рис. 4. Для загрузки на конуо и через воронку характерно наличие локальных и крупномасштабных неоднородностёй, распределенных по объему слоя.
Изучение влияния мягкой дсфоп;.а!руемой отечки (из поролона) на изменение внутренней структуры зернистого слоя при заоыпке на конуо, которая даст наибольсую крупномасштабную неоддарод-ность показало, что наличие мягкой стенки приьодит к уменьшению локальных и крупномасштабных неоднородностёй. Об этом свидетельствуют существенно более виоохиэ значения в распределении породности (как по R , так и по II слоя) и сравнительная пологость верхних кривых (рас. 56) по сравнение о нижніми.
Усредненные токограїлш, представлеш:ке на рис. 6, наглядно иллюстрируют различия в структуро серпастого слоя в зависимости от способа засыпки. Нетрудно убедиться, что наиболее однородный зернимый слой получается при загрузке опиралью-
Для описания даумврного распределения порознооти был пряденой метод сплайн-функцкй. С этой целью катряцы, полученные для всех загрузок зернистого г-атерзала, инторполшювалп кубпчеекіки сплайнами двух переменных. Стро;іли сялаііїш разложения по базису из тензорного пролзведен-лч В-сплайнов
О)
где Ві(х)*(Х'і+Ь)1 - 4(х-і +ZI+
аналогичная форг,ула записиваеі ся а для су («М.
Распределение порозностп но высоте слоя сппроксп.\шроьалп линейной фраж.ей. Геометрическая реалазапш: одного га полученных результатов, с наиболее однородной структурой засншсл, представлена ка ряс. 6.
Рве. G. Ашроксгозацая кубическши сплайнами дъух порекошшх результатов для наиболее однородной загрузки (спиралью), полученной томографическим методом.
Сравнительный анализ рассмотренных методов
Метод вытеснения жидкостью воздуха из порового пространства зернистого слоя отличается простотой, хорошей воспроизводимостью результатов и значительной точностью (до 1,6 %). Этим методом изучали локальные неоднородности структури їй расстоя- кии до (10+15)0?з от ограничивающих поверхностей. Однако распределение по радиусу аппарата при этом методе усредняется.
Более универсален метод ослабления <Г -квантов материалом зернистой ореды. Его можно использовать для аппаратов любого диаметра. Применение этого метода дает возможность изучения интегральных величин ЛКО по высоте зоны "просветки".
Тензометрирование являемся косвенным методом неразрушЕю-щих испытаний, поскольку не влияет на геометрию упаковки Нєтод позволяет проводить измерения локальных напряжений на ог-раничиващих зернистый слой поверхностях и в объеме слоя.
Метод просапки'мелкодисперсного сыпучего материала является интегральным методом контроля загрузки. Он позволяет изучать локализацию крупномасштабных неоднородностей и механизм их образования.
Метод ЕВТ идеально реажзует диагностические задачи нераз- ' рушаацего контроля. Не нарушая долостнооти объекта исследования, он позволяет воспроизводить просгранзтвенныа сечения, измерять геометрические размеры и относительное распределение элементов структуры. Высокие инфоргяизюнные возі.ожностй мотода позволяют различить малые изменонця плотности материалов и сохраняет свои преимущества при обнаружении дефектов, разппры которых существенно меньше элементов матрицы изображения (ї,6 х 1,6 am).
Б совокупности обсуждавшиеся вше t/.етоды позволяют весьма детально изучить структуру зернистого слоя в аппарате.
Основные Факторы, определяющие структуру зернистого слоя
В результате выполненных исследований было установлено, что определяющими факторами, воздействующий на структуру зернист.' того слоя, являются свойства ограничивающих поверхностей и спо-ообы организации слоя.
Механизм влияния этих факторов на возникновение и распределение наоднородіюстей в структуре слоя можно прооледить, анализируя совокупность получения результатов.
Воздействие огранкчяватацих поверхностей на слой проявляется в том, что они оказывают ориентирующее воздействие на близ-лежаииэ чаогиш и повкшаюг вероятность возникновения локальных нсоднородностей, поскольку идеально уложить олой шаров вблизи них практически невозможно. Кра\.а того, стенка активно участвует в создании жесткой пространственной конструкции ("скелета'') из частиц зернистой ореды.
Ориентируадеє влияние поверхностей, ограничивающих зернг.о-тый слой, экспериментально доказано методом вытеснения, результаты которого-свидетельствуют о том, что порозность максимальна вблизи стойки и ее значения для сферических частиц постепенно приближаются к 0,-1 (на расстоянии (5+10)0^ ). Таким образом, налігше жесткой стенки при свободной загрузке частиц приводит к укладкам, близким к ромбоэдрической с координационным числом (.У= 8). Заметим, что локальные неоднородности и ориентирующее влияние стенки были обнаружены также методам вычислительной томографии.
Экспериментальные данные в опытах с деформируемой мягкой стенкой, получе!шые рассмотренными методамь, свидетельствуют о ее сглаживающем влиянии на распределение неоднородностей. При использовании мягкой стенки или сотки наблюдается отсутствие синусоидальности распределения порозности, которое свидетельству-
ет о регулярности структури у стенки. Например, уае на рассто-. « янаи от стенки, равном 2ctj , порозность понижается со знача- _ нк'і 0,6 у твердой стенки до 0,4 (рис. I). Такое снижение объяо-няется не только иарувониом регулярности структуры, но а вероятностью уменьшения числа локальных неоднородностей.
Серия экспериментов по тензомзтрироваяию зернистого слоя показала образование кзстгах пространственных конструкций "скелета", приводящих к возникновению локальных неоднородностей в . слое частиц , и исчезавших при деформация слоя.
Крупномасштабные неоднородности, обнаруженные методом ослабления f -квантов, уже не могут быть объяснены одним лишь влиянием ограничивающих поверхностей. В то же время изучение зернистых слоев тензометрическкм методом свидетельствует 00* изменении структуры слоя во лсам объеме, в зависимости от способа его организации.
Блияниа на проницаемость слоя способа загрузки подтвердили к эксперименты, получешше методом проснпки мелкодисперсного сыпучего материала, експерименти показали наличие зон санкяенпоЯ проницаемости, характеризуемой скоростью истечения сыпучего в тех местах слоя, куда проводилась загрузка. При равномерном распределении зернистого материала (еглнкрупцая загрузка) проница- емость его практически одинакова на всех участках.
Влияние способа загрузки наглчдно иллвотрируется томографп-ческим методом; Возкшшовепие локальных неоднородностей происходит в результате подвижки одного слоя частиц относительно другого за счет сдвиговых деформшщй, обуолавливйювдх эффект дилатан-оии. Это приводит к повышения сродней порозности слоя.
По результатам томографических исследований оказалось, что при засыпке на конуо чаотицы устремляются к стенке, причем некоторые из них, обладающие значительной скоростью и нэ обмениваю-
циеоя импульсами с другими частицами, при отскоке от стенки попадают в центральну» часть слоя. Другая (большая) часть ссыпается к центру под углом естественного скоса. В итоге получается распределение порознооти, изображенное на рис. 56. При засыпке через воронку частиш сразу попадают в центральную часть олоя и укладываются более плотно, затем, по мере заполнения контейнера, ссыпаются к стенкам (рио. 5а). Отсюда возникают сдвиговые деформации с эффектом дилатансии и, вдобавок, накладывается влияние ограничпващей стенки. Все это в совокупности приводит к тому, что верхние участки болео разрыхлены, чем у днища контейнера. Аналогичные неоднородности регистрировались и методом ослабления }f -квантов, тснзомзтрпрованкя и просшши мелкодисперсного сыпучего материала.
Басемоїреншз вние способы загрузки относятся к инерциаль-ному типу, поскольку частицы двазутся не по прямолинейной траектории и со значительной скоростью. Другой тип загрузки - гравитационный, характеризуется падением честпц о незначительной высоты и по прямолинейной траектории. Этому типу загрузки соответствует эьгсузка спиралью (рио. 5в).
Выявление механизмов возникновения неоднородноотей в олое позволяет осуцествпть целенаправленное воздействие на его структуру, например, за счет применения деформируемой или профилированной стенок, а такм - путем разработки специальных матодов загрузок.
РАСЧЕТ гЛГБ'ЗО'ЛЖ УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ РАСПВДЕЛЕНШ ЧАС1Щ
Перфорированное пластины
Плоская сі'руя зернистого материала пачает на перфорированные пластины, располозешше под углом об друг к другу. Бу-
деы считать, что попадание частицы в К равновероятны (рис. V).
kl!
отверстия пластины
Рис 7. Перфорированные пластины:
а - охэма точония; б - гистограмма распределения
Млшуіл
частиц ( сС± - 4 мм) по
ячейкам.
q 24 6 і ІО Юят досмотрим попадание час-
тицы в отверотиа К, причем
О* К<л , где П. - число отверстий, с„ —«*
"о = "тг <5) - Расстояние между отверстиями; X = —j±- [&) - нормирующая единит
длкш, причем д ' X = — .
Бороятность попадания в К-ое отверстие выразится как
ЛУ(Хі)аХі *а# w
где Л =/(<.).
Вероятность попадания частицы в одно из отверстий от 0 до . К будет равна к
і'П[і-Х*(Хі)*Хі]*$*хі т
где [і "AjfXjJuJCi] к - непопадание чаотицч в К-ое отверстие,
соответственно, - непопадание чаотицы
в первые К-ые отверстия. Отскда следуэт х
і-Яі=Ц[І-*ШікХі] (.9)
і*о
После преобразования получил расчетную формулу, связываю-
»
щую параметры устройства
(Ш)
Если струя имеет ширину цдя.& , причем
то будем иметь 4
d**zJdJl)dL . (II)
После преобразования получим
Сделаем корректировку, учитывающую обмен импульсами между чаотипами во время движения, тогда
Лк я4 ** ДЛ/И-*) . (13)
Гистограмма распределения сферических частиц СІ4 = 4 мм (окмметричноо усреднение) при JL - 160 и с о - 18 мм представлена на рис. 76.
Распределительная решетка
Рассмотрим процесс случайного блуждания частіш по неравномерной сетке. Будем приближенно считать, что в результате столкновения частини оо штырьком она может с одинаковой вароятностью 1/2 отлетать как влево, так и вправо. Общая схема расположения штырьков на неравномерной сетке показана на рио. 8а. Такие группы штырьков образуют несколько уровней. Вероятность попадания
я. шарика на штирыт одного уровня составляет (1/2) , где Л -
порядковий номер уровня. Особошюотью неравномерной сеткп, изо
браженной на рис. 8а, является то, что если входные вероятности
равны Р, то вероятность попадания шарика на любой штырек тшога
равна Р: I/2F + І/2Р = Р (14)
На рассмотренном принципе была спроектирована и изготовлена модель загрузочного устройства. Расстояние мекду штырьками выбирали в 2,0 - 2,5 сСл ( dt- 4 мм). Штырьк" располагали в вершинах равнобедренных треугольников (рис. 8а).
Полученные результаты пересчитывали» в плотнооти вероят-
поста. Для количественного сравнения результатов расчатнвалссь jWjcne^imjiacnpeaejeHOT _^___ІЩ^-.^ *
*hi
f/'i/PCBHJ> і- '.-. .. V :.
О Рпс. Ь. Распределительная
* і
Лі 4 *\ Лі fr йч k k
решетка, а -. схема распо-лоненля штырьков на неравномерной сотко; б - дас-і-персня распределения чао-твд по ячоикам:
X - стальные кары, Ы% « ш 4 над; '. :
А - горо;:, Г - стеклянные шары, of» г. 2,4 ш; о - катализатор Ш 2204 (5x5 ш). О 2 4.6..* Jd.*.. ;. Для испытания такого устройства" в ішлцндрическпх аппаратах. была иэготовлпна его объемная модель. Она представляет собой конусный распределитель, выполненный в виде ярусами соосно уотановлеіцшх вороиох, представляпаих собой рядами располсиеіі-іше концентрическое кольца, расположение которых совпадает о* расположением штырьков на плоской модели. Устройство помещали в обечайку, диаметр которой соответствовал дшлетру загружаемого аппарата. Испытание этого устройства проводили на модальной стенде диаметром 0,2 м. Засыпку частиц катализатора ІЕІ 2204 производила струей шириной 30-40 мм. Высота зернистого слоя составляла 0,2 м. Продувку осуществляли сверху вниз из промышленной маги-' страли. Измеряли перепады давлений с помощью даИианометра ІШ-220, которые затеи пересчитывали в относительные скорости. Полученные результаты представлены на рис. У. -".. Рис 9. Раолраделеняе относительных скоростей по сечения аппарата: a - загрузка через воронку, v - произвольная загрузка, о - распределительное устройство. 10 Ofi Q6 0Л 0.1 0 *%. Из них оледует, что применение такого загрузочного уотройотва позволяет получить равномерное распределение частиц по оечению цилиндрического аппарата. Это устройство практически реализует загрузку типа "доадь". Таким образои, используя теорию стохастических процессов, разработано два ь-.рианта устройств для равномерного распределения чаотиц по сечению аппарата. ОСЕОШВТРИЧНОЕ ТЕЧЕНИЕ ШШМАЕМОЙ ВДЩЮСТИ В АКСИАЛЬНЫХ аппаратах с нагодаишм ЗЕРНИСТЫМ СЛОЕМ Рассмотрим- осеснмметричное течение носжишемой жидкооти в цилиндрическом аппарате радиуса R , содержащий зернистый олоЛ высотой Н (рио. 10). Двітаанпе несжимаемой жидкости в зернистой среде со структурними неодаородкостями описывается уравнением Эргана в квадратичной форме и уравнением неразрывности. Уравнения записшзалл в безразмерном виде (обезразмэривая по Vg— и R ) в цикивдри-чвскпх координатах. Вводя функпию тока Ч* , эти уравнения преобразовывали в нелинейное эллиптическое уравнение, которое решали численным методом. Граничные условия выбирались следухдш образом: па стенке реактора на оси реактора ' ^J^g s0 . ^^ На следовательно входе в слей VrU.0-0 и 7 -.Q (17) = 0. ШИПИ Рис. 10. Схема течения в цилиндрическом аппарате. Па выходе из слоя , то есть | - О, Z - О, следовательно, .$U".«». Исходные данные для . расчета брели из томографических измерений. Движущейся средой слуяпл воздух при температуре 20 Си нормальном атмосферном давлении. Распределение порозностп для разных способов загрузки описывалось вдоль радиуса кубическими сплайнами двух пероменных, а по высоте - линейноіі функцией. Результаты расчета приведены на рис.II. орла профиля ско- . рости потока при прохождении через слой практически остается неизменной и хорошо коррелирует с радвальныи распределением ророз-ности. Радиальная компонента скорости ( Vr У стремится к нулю и перестройки потока в слое практически на происходит. Профиль безразмерной окороотв вдоль радиуса существенно не-однороден. Относительная неоднородность скорости для засыпки на конус составляет 30 %, при засыпке'через воронку - 24 %, а при засыпке спиралью - 3,5 % Рис. II. Профили безразмерной скорости ( Vj. ) для загруэоч: а - на конус, б - через воронку, в - спиралью. Из анализа матриц распредели деления порозности для каждой конкретной загрузки, состоящих иа из 2500 элементов, следует, что локальные изменения пороз-кости значительно выше, чей зго следует из усредненных значений. В связи с этим были проведены расчеты еще для двух видов загрузка. 1,0 0,1 0,6 ftt 0.2 0 /- Рассмотрим схемы загрузок, изобретенные на рис. Х2г, д. В радиальном направлении порозность менялась по косгаусоидальному (или параболическому) закону. Загрузке, изображенная на рис. І2г, на верхнеіі граница в центра аппарата имела порозность 0,33, а у стенки - 0,38. На нижней граница: в центре - 0,38, у стенки - 0,33. Во втором случае, рис. 12д, в центре загрузки имели уплотнение конусной формы. Зііутри конуса уплотнения лорозность равна 0,33, вэрзшш конуса лоїит в точке Ґ = 0 на верхней грани і слоя, а радиус основания конуса -0,7 S аппарата, на низней границе слоя. Экстремальные значешш порознооти была взяти из результатов, полученных тоьзографическим методом. Основные результаты расчетов, предетавлешше на рис. 12а,б, свидетельствуют о том, что перестройка течения происходит во всем объеме слоя за счет появления радиальной компоненты скорости (рио. 12в), которая швет ыакошщум примерно на половине радиуоа аппарата (для варианта I). Эта компонента обуславливает пере-о«ройіс в зернистом слое входящего профиля скорботи в выходящий. Рас 12. Результаты вариантных расчетов: а - профиль Ъ -ксшонзнты скорости для варианта I (рио. 12г): I - на входа в олоіі, 2 - на выходе из слоя, 3 - в середине олоя; б - то so для варианта 2 (рис. І2д): I - на входе в слой, 2 -на внходе го слоя, 3 - в середине олоя, в - профиль радиальной компоненты скорости: I -для варианта I (рис. 12а,г), 2 - для варианта 2 (рик. 12 б,д)