аэродинамика воздухоочистных устройств с зернистым слоем

240 Часть 6
6.2. Аэродинамическое сопротивление неподвижных слоев
зерен цилиндрической формы
В ряде отраслей промышленности применяют изготовленные из порошка
зерна цилиндрической формы, например, используют в качестве адсорбента
активный уголь марки СКТ-2 в виде цилиндрических зерен. В азотной промышленности
в последнее время наметилась тенденция замены дорогостоящего
платинового катализатора на существенно более дешевый неплатиновый
катализатор типа КН-К8 такой же формы зерен.
Однако гидродинамика указанных зернистых материалов мало изучена,
особенно в диапазоне скоростей газа, соответствующем переходному режиму
течения из ламинарного в турбулентный (Re э
= 40–1200), представляющем
наибольший интерес при осуществлении адсорбционных и каталитических
процессов. Причем данные о границе перехода режимов течения расходятся
(Пушнов 1987). При вязком режиме течения газового потока в неподвижном
зернистом слое (НЗС) потери напора ∆Р целиком определяются трением о
поверхность зерен. В случае инерционного режима течения величина ∆Р обусловлена
не только трением о поверхность, но и турбулентными вихрями. Понятно,
что надежно определить активную (или смоченную) удельную поверхность
зернистого материала S з
можно лишь в условиях вязкостного режима
течения. Таким образом, для достоверной оценки важной характеристики НЗС
S з
по результатам измерения ∆Р необходимы зависимости для расчета границы
перехода режимов течения.
Учитывая особенности структуры НЗС (Пушнов 1987), в частности, неравноценность
всех межзерновых каналов, можно полагать, что этот переход
режимов течения осуществляется не резко, а плавно (Гельперин, Каган 1984),
что затрудняет определение границы режимов. Ниже представлены результаты
экспериментального определения границ режимов течения в зернистом
слое, а также уточнения обобщающей зависимости по гидравлическому сопротивлению
зерен СКТ-2 и КН-К8 цилиндрической формы, необходимой для
инженерных расчетов.
Границы режимов течения газового потока в НЗС оценивали по данным изучения
теплоотдачи в зернистом слое, поскольку при этом оказалось возможным
более точно зафиксировать эти границы. В качестве зерен использовали
свинцовые шары диаметром d, равным 1,83; 2,51; 4,15 и 5,15 мм, стальные
шары d = 2,55 и 5,05 мм, а также силикагель d = 2,50 мм. Число Рейнольдса
Re э изменяли в пределах от 5,7 до 4000. Отношение диаметра зерна d к диаметру
аппарата D варьировали в пределах d/D = 0,153–0,429. Опытная установка
и методика экспериментов подробно описаны в работе (Каган1966).
Опытные данные обрабатывали в виде критериальной зависимости Nu D =
f(Re э ). Экспериментальные точки, как это видно из рис. 6.4, удовлетворительно