аэродинамика воздухоочистных устройств с зернистым слоем

Аэродинамическое моделирование аппаратов с неподвижным зернистым слоем 209
5.4. Оценка протяженности участка гидродинамической
стабилизации потока в аппаратах с зернистым слоем
на основе структурной модели
В зависти от того, какая стадия процесса является определяющей, в промышленности
используют либо высокие слои зернистого слоя НЗС (лимитирует
скорость превращения), либо тонкие слои (лимитирует внешняя диффузия).
В азотной промышленности в тонком слое (высотой Н < 20–30d) осуществляют
окисление аммиака на неплатиновом катализаторе, а также каталитическое
разложение окислов азота. Во многих случаях высокий слой (Н/d >> 100)
конструктивно оформляют в виде многослойных полочных аппаратов, то есть
тактически сводят его к короткому слою. Этот прием позволяет разрешить
ряд проблем. Так, параллельное распределение потока по полкам обеспечивает
низкую потерю напора в аппарате. Последовательное прохождение потока
через все полки с байпасной подпиткой дает возможность регулировать
температурный режим без размещения в НЗС теплообменных поверхностей.
В то же время наши опыты показали, что наибольшей неравномерности газораспределения
следует ожидать именно в тонком слое зернистого материала на
участке Н < Н ст. Как уже отмечалось выше, литературные данные о гидродинамической
и тепловой стабилизации потока в зернистом слое малочисленны,
противоречивы и в большинстве своем ограничиваются лишь качественной
оценкой. Вместе с тем величина Н ст. необходима и для обоснованного выбора
высоты в опытах по измерению коэффициента Козени (извилистости) через
измерение потери напора ΔР слоя, которое производят, как показано в работах
(Аэров, Тодес 1968; Аэров и др. 1979), в вязкостном режиме течения на
участке слоя Н < Н ст.
.
Ниже представлены результаты наших экспериментов по оценке влияния
высоты НЗС на неравномерность газораспределения в нем и формированию
устойчивого профиля скоростей.
Как известно, в полых каналах постоянного сечения поток стабилизируется
на участках определенной длины, когда исчезают возмущения в потоке, вызванные
условиями входа. При этом величина участка формирования и стабилизации
профиля скорости в пустом канале, в соответствии с данными работы
(Идельчик 1975) для турбулентного режима течения (число Рейнольдса Re dk
=
1∙10 4 – 1∙10 7 ), составляет Н ст. /d = 30–50, где d к – диаметр канала.
Для предварительной оценки Н ст.
в зернистом слое рассмотрим упрощенную
модель зернистого слоя с учетом в дальнейшем влияния других факторов
на величину Н ст.
. Простейшая модель НЗС, в основе которой лежит внутренняя
задача, – система параллельных цилиндрических каналов постоянного