Головна

Газодинаміка зернистого шару

  1. Газодинаміка шару по радіусу печі
  2. Газодинаміка струменів, що охолоджуються водою

Стовп шихтових матеріалів у доменній печі складається з шматків різної величини і форми. У порожнинах між шматками рухаються гази, а в нижній частині печі - гази і рідкі продукти доменної плавки. Через складність межкускових пустот і багатофакторної зв'язку газодинаміки зернистого шару з механічними, фізико-хімічними та фазовими умовами розглянемо спочатку закономірності руху газу в простих, упорядкованих структурах з подальшим їх ускладненням.

Найбільш простим є шар, в якому канали мають циліндричну форму, а їх осі паралельні між собою (рис. 1.2). Через ці канали можливо рух рідини або газу, якщо забезпечується відповідне їх тиск. З ускладненням структури каналів переміщення окремих цівок і елементарних потоків газу в шарі відбувається під кутом до основного напряму. Втрати тиску при цьому зростають зі збільшенням звивистості каналів і зменшенням їх поперечних розмірів. Отже, про газопроницаемости шару сипучих матеріалів можна судити по втраті тиску в ньому рідини або газу. Експериментальним шляхом встановлено, що загальний опір зернистого шару можна визначити за емпіричною формулою [2, 3]:

? Р = ? * Н * U0n, (1.2)

де? Р - перепад тиску, кПа;

Н - висота шару, м;

U0 - Умовна швидкість газу через всю площу перетину шару, м / с;

?, n - емпіричні константи, які є функцією середнього діаметра зерна.

Формулою (1.2) або в кілька видозмінених її варіантах користувалися для визначення втрат напору в зернистому шарі, але часто при цьому отримували суперечливі показники. Більш достовірні результати дають рівняння на основі законів гідродинамічної подібності. Відомо, що при сталому русі газу по каналу рушійна сила врівноважується силою опору середовища, тобто ? Р *  ? = Н * ? * ?, де ? - площа поперечного перерізу каналу, м2; ? - периметр поперечного перерізу каналу, м; ? - сила тертя газу об стінки каналу, Н / м2 .

При рівномірному русі рідини або газу в круглій трубі силу їх тертя об стінки каналу визначають з формули [4, с. 704] ? = 1 / 8? * ? * U2ф, Де ? - безрозмірний коефіцієнт тертя; ? - щільність рідини або газу, кг / м3, Uф, - Фактична швидкість газу, м / с.

Відношення площі поперечного перерізу циліндричного каналу до його периметру (гідравлічний радіус) одно ? / ? = ? * d2k/ 4?dk = dk/ 4, тоді основне рівняння руху газу в ідеальному шарі отримує вигляд:

 . (1.3)

Рівняння (1.3) можна отримати з критерію Ейлера (Eu). Приймемо за масштаб тисків перепад тиску на характерній для даного каналу довжині - його діаметрі dk. Цей перепад можна виразити через заданий? Р на якийсь довжині Н за формулою:

Р =? Р * dk/ H.

Виберемо за масштаб швидкостей середню по перетину каналу швидкість течії рідини або газу Uср = Q / (?d2k/ 4), де Q - витрата рідини або газу в каналі, м3/ С.

При такому виборі масштабів числа подібності будуть [3, 4, 5]:

Eu = ?P * dk/ ? * U2фН і Re = Uф * dk/ ?,

де Re - критерій Рейнольдса; ? - кінематична в'язкість, м2/ С.

Якщо визначати? Р на заданій ділянці труби довжиною Н при відомому витраті Q, то критерієм подібності буде число Re, а критерій Ейлера з'явиться його функцією. Введемо замість Еu коефіцієнт опору каналу (Eu = ? / 2) і отримаємо:

.

Практика повністю підтвердила правильність цього співвідношення для перебігу самих різних рідин і газів в гладких трубах різного діаметра. Зазначене співвідношення справедливо також в широкому діапазоні секундних об'ємних витрат або, що те ж, середніх по перерізу труби швидкостей. Таким чином, газодинаміка зернистого шару базується на основі законів гідродинамічної подібності.

Виділимо в ідеальному шарі (рис. 1.2) певний обсяг висотою Н і площею перетину F. Припустимо, що в цьому обсязі є N однакових порових каналів, тоді порозность шару ? буде дорівнює:

,

де ? - площа каналу, м2.

Витрата рідини або газу через канал q = ? * Uф, А через весь обсяг Q, м3/ С:

Q = qN = ? * UфN. (1.4)

Розділимо обидві частини рівняння (1.4) на площу шару Q / F = ? * UфN / F, але Q / F є наведена швидкість фільтрації (U0), А N? / F = ?. Після підстановки значень Q / F і N? / F в формулу (1.4) отримаємо U0= ?Uф.

У зернистому шарі легше визначати наведену швидкість, тому доцільно її ввести в основне рівняння руху газу в шарі:

 (1.5)

Крім того, часто замість щільності газу в рівнянні (1.5) підставляють його питома вага ? = ?г/ G, де g - прискорення сили тяжіння м / с2.

 (1.6)

Ідеальний зернистий шар практично не існує. Найбільш простим зернистим шаром і в той же час близько нагадує ідеальний є шар з куль, який можна розглядати як сукупність однакових каналів змінного перерізу по довжині з хвилеподібними поверхнями. Еквівалентний діаметр каналів dЕ.К. в цьому випадку представляє відношення площі його поперечного перерізу ? до чверті периметра (? / 4); dЕ.К. = 4? / ?.

Помноживши чисельник і знаменник на ставлення NH / V, де N- число пор; Н і V - відповідно висота і об'єм шару, отримаємо dЕ.К.= 4 (NH? / V) / (NH? / V). Але NH? / V являє порозность, а NH? / V - питому поверхню шару, тоді [2, 6]

dЕ.К. = 4? / S, (1.7)

де S - питома поверхня шару, що дорівнює добутку поверхні одного кулі (S1) На їх кількість (n) в одиниці об'єму

 (1.8)

Підставивши значення S з рівняння (1.8) в формулу (1.7) отримаємо:

 (1.9)

де Ф = 0,67 (2/3) - фактор форми для шару з куль.

В результаті основне рівняння руху рідини або газів в зернистому шарі з куль має вигляд:

 (1.10)

У рівнянні (1.10) коефіцієнт опору відрізняється від коефіцієнта тертя (?) в ідеальному шарі, оскільки в шарі куль канали по яких рухається газ мають звуження і розширення, а також місцеві опори. Тому коефіцієнт опору тут позначений ? і його можна визначити з формули [3, 7]

 (1.11)

де ?м - Порозность найдрібнішої фракції, м3/ м3, ?с - Порозность суміші всіх фракцій, м3/ м3.

В умовах доменної плавки на котунах і формованому коксі стовп шихти складається з куль різних діаметрів, При цьому кулі меншого діаметру розташовуються в порожнинах між великими і тим самим зменшують вільний обсяг. Крім того, дрібні частинки, що виходять від подрібнення окатишів і формованого коксу, мають довільну форму. На рис. 1.3 представлено зміна порозности зернистого шару з окатишів і формованого коксу з дрібними частинками з різноманітною конфігурацією поверхні. Видно, що в шарі з дрібними частинками 0-3 мм мінімальна порозность склала 0,2 при об'ємній частці дрібниці 0,4 [1]. При збільшенні розмірів частинок дрібної фракції (3-5; 5-7 і 7-10 мм) мінімуми вільних порожнин (рис. 1.3) зміщуються в бік великих об'ємних часток дрібниці. Великі кулі у всіх випадках були однаковими діаметром 20,3 мм. Якщо зі збільшенням частинок дрібної фракції одночасно збільшувати діаметр великих куль з незмінним співвідношенням dм/ dк = 0,07 і менше, то зміна порозности зі збільшенням частки дріб'язку (m) буде відбуватися за тією ж параболічної кривої, що і для шару з куль 20,3 мм (dк) І дрібних частинок 0-3 мм (dм).

Отже, у всіх випадках визначення газодинамічних умов зернистого шару з куль різних розмірів, його порозность з достатньою точністю можна знайти на рис. 1.3. Для шару куль однакового розміру порозность для різних укладок куль коливається незначно (0,38-0,4).

 



Пічних газів в доменній печі | В реальних умовах доменної плавки

Методи управління газовим потоком по колу і радіусу доменної печі | Газодинаміка шару по радіусу печі | Вплив нахилу поверхні засипу на розподіл рудних навантажень по радіусу колошника | Оптимізація газодинаміки доменної плавки | агломерату в атмосфері азоту і повітря |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати