Purpose. This paper highlights experimental research of heat exchange in coarse particles to ensure the performance of ecological characteristics of Heat supply system. Methodology. The test stand has been developed to solve the defined task. It helps to do the research at the temperature of fluidizing bed and pulsating fluidizing bed at the range 800–1000°С. The temperature of the fluidized bed was provided by burning natural gas and wood waste. Sand and chamotte with a particle size of 1.0 to 5.0 mm were used as the layer material. The heat-transfer coefficient from the layer to the surface, immersed in the layer, and the density of the heat flux were measured by a calorimetric method under steady-state conditions. Smooth tubes and transversely finned with different height and rib spacing were investigated. Experiments in a high-temperature pulsating fluidized bed were carried out with pulsating combustion of natural gas in a layer or in a sublattice chamber into which natural gas and air were separately supplied. The frequency of combustion pulsations was provided by the automation system. The flash frequency was regulated in the range from 0.14 to 5 Hz. Findings. It is presented the results of physical modeling to find out the heat-transfer coefficients of smooth and finned tubes in fluidizing bed of coarse particles in the process of wood waste and gaseous fuel combusting. It is proved that the coefficient of heat transfer increases with increasing temperature by 2–2,5 times in the bed which contains particles diameter of 2.5–5 mm is 300–350Vt/(m2 К) that is much higher than for layer furnaces. The results of the experiments are presented in the form of a generalized relationship that takes into account the diameter of the particles and the value of the finning coefficient. Heat transfer of finned tubes is 15–20% less then smooth tubes but the density of heat flow referred to the area of a finned tube is 0,12–0,20 МVt/m2 that is higher than for smooth ones. At pulsating fuel supply with frequency 1-2 Hz the heat-transfer coefficient gets higher from 10–15% till 25–30%. At a ripple frequency of 2 to 5 Hz, the heat-transfer coefficient varies from 510 to 570W/(m2K). With a further increase in the pulsation frequency, the heat-transfer coefficient decreases and amounts to 515–520 W/(m2K). A significant effect of the ripple pulsation from 0.8 to 0.3 is shown: the heat-transfer coefficient is increased by 30–35%. However, an unstable combustion regime of the gas-air mixture and the ejection of material particles from the layer are observed. The results of the experiments are presented in the form of a generalized relationship. Originality. The authors have presented the obtained experimental data about heat-transfer coefficients of finned tubes in fluidizing bed and pulsing fluidizing bed of coarse particles at the temperature of layer 800–1100оС. Practical value. The results obtained at the research help to develop furnace devices with low-temperature fluidizing bed in the process of immersion in a layer of finned tubes layers. The research data is presented in criterial view which is convenient for practical using.

    Цель. Данная работа направлена на экспериментальное исследование теплообмена в высокотемпературном кипящем слое с крупными частицами для того, чтобы обеспечить выполнение экологических требований к системам теплоснабжения. Методика. Для решения поставленной задачи разработана экспериментальная установка, обеспечивающая проведение исследований при температуре кипящего слоя и пульсирующего кипящего слоя в диапазоне 800–1 000 °С. Температура кипящего слоя обеспечивалась путем сжигания природного газа и древесных отходов. В качестве материала слоя использовались песок и шамот с размером частиц от 1,0 до 5,0 мм. Коэффициент теплоотдачи от слоя к поверхности, погруженной в слой, и плотность теплового потока измерялись калориметрическим методом при стационарном режиме. Исследовались гладкие и поперечно оребренные трубы с различной высотой и шагом ребер. Опыты в высокотемпературном пульсирующем кипящем слое проводились при пульсирующем сжигании природного газа либо в подрешеточной камере, в которую раздельно подавались природный газ и воздух. Частота пульсаций горения обеспечивалась системой автоматики. Частота вспышки регулировалась в диапазоне от 0,14 до 5 Гц. Результаты. Представлены результаты физического моделирования оценки коэффициентов теплоотдачи гладких и оребренных труб в кипящем слое крупных частиц при сжигании древесных отходов и газообразного топлива. Показано, что коэффициент теплоотдачи с повышением температуры возрастает в 2–2,5 раза, и в слое с диаметром частиц 2,5–5 мм составляет 300–350 Вт/(м2 К), что значительно выше, чем для слоевых топок. Результаты опытов представлены в виде обобщенной зависимости, учитывающей диаметр частиц и значение коэффициента оребрения. Теплоотдача оребренных труб на 15–20 % ниже, чем гладких труб, но плотность теплового потока, отнесенная к площади оребренной трубы, равна 0,12–0,20 МВт/м2, что выше, чем для гладких труб. При пульсирующей подаче топлива с частотой 1–2 Гц коэффициент теплоотдачи возрастает от 10–15 % до 25–30 %. При частоте пульсаций от 2 до 5 Гц коэффициент теплоотдачи изменяется от 510 до 570 Вт/(м2/К). При дальнейшем увеличении частоты пульсаций коэффициент теплоотдачи уменьшается и составляет 515–520 Вт/(м2/К). Показано существенное влияние скважности пульсаций от 0,8 до 0,3: коэффициент теплоотдачи увеличивается на 30–35 %. Однако, при этом наблюдается неустойчивый режим горения газовоздушной смеси и выброс частиц материала из слоя. Результаты опытов представлены в виде обобщенной зависимости. Научная новизна. Авторами представлены впервые полученные опытные данные значений коэффициентов теплоотдачи оребренных труб в кипящем слое и пульсирующем кипящем слое крупных частиц при температуре слоя 800–1100 оС. Практическая значимость. Полученные в работе результаты позволяют разрабатывать топочные устройства с низкотемпературным кипящим слоем путем погружения в слой оребренных трубчатых поверхностей. Опытные данные обобщены и представлены в критериальном виде, удобном для практического использования.

    Мета. Дана робота спрямована на експериментальне дослідження теплообміну в високотемпературному киплячому шарі великих частинок для того, щоб забезпечити виконання екологічних вимог до систем теплопостачання. Методика. Для вирішення поставленого завдання розроблена експериментальна установка, яка забезпечує проведення досліджень при температурі киплячого шару та пульсуючого киплячого шару в діапазоні 800–1000 0С. Температура киплячого шару досягається шляхом спалювання природного газу і деревних відходів. Як матеріал шару використовувалися пісок та шамот із розміром частинок від 1,0 до 5,0 мм. Коефіцієнт тепловіддачі від шару до поверхні, зануреної у шар, і щільність теплового потоку вимірювалися калориметричним методом при стаціонарному режимі. Досліджувалися гладкі та поперечно оребрені труби з різною висотою й кроком ребер. Досліди у високотемпературному пульсуючому киплячому шарі проводилися при пульсуючому спалюванні природного газу в шарі або в підгратчастій камері, в яку окремо подавалися природний газ та повітря. Частота пульсацій горіння забезпечувалася системою автоматики. Частота спалаху регулювалася в діапазоні від 0,14 до 5 Гц. Результати. Представлені результати фізичного моделювання оцінки коефіцієнтів тепловіддачі гладких та оребрених труб у киплячому шарі великих частинок при спалюванні деревних відходів і газоподібного палива. Показано, що коефіцієнт тепловіддачі з підвищенням температури зростає у 2–2,5 рази, та в шарі з діаметром частинок 2,5–5 мм становить 300–350 Вт/(м2/К), що значно вище, ніж для шарових топок. Результати дослідів представлені у вигляді узагальненої залежності, що враховує діаметр частинок і значення коефіцієнта оребрення. Тепловіддача оребрених труб на 15–20 % нижче, ніж гладких труб, але щільність теплового потоку, віднесена до площі оребреної труби, дорівнює 0,12–0,15 МВт/м2, що вище, ніж для гладких труб. При пульсуючій подачі палива з частотою 1–2 Гц коефіцієнт тепловіддачі зростає від 10–15 % до 25–30 %. При частоті пульсацій від 2 до 5 Гц коефіцієнт тепловіддачі змінюється від 510 до 570 Вт/(м2/К). При подальшому збільшенні частоти пульсацій коефіцієнт тепловіддачі зменшується і становить 515–520 Вт/(м2/К). Показано суттєвий вплив шпаруватості пульсацій від 0,8 до 0,3: коефіцієнт тепловіддачі збільшується на 30–35 %. Однак, при цьому спостерігається нестійкий режим горіння газоповітряної суміші та викид частинок матеріалу з шару. Результати дослідів представлені у вигляді узагальненої залежності. Наукова новизна. Авторами представлені вперше отримані дослідні дані про значення коефіцієнтів тепловіддачі оребрених труб у киплячому шарі та пульсуючому киплячому шарі великих частинок при температурі шару 800–1100 0С. Практична значимість. Отримані в роботі результати дозволяють розробляти топкові пристрої з низькотемпературним киплячим шаром шляхом занурення в шар оребрених трубчастих поверхонь. Дослідні дані узагальнені та представлені в критеріальному вигляді, зручному для практичного використання.


    Access

    Download


    Export, share and cite



    Title :

    INTENSIFICATION OF HEAT TRANSFER IN A HIGH-TEMPERATURED FLUIDIZED BED.
    ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОМ КИПЯЩЕМ СЛОЕ.
    ІНТЕНСИФІКАЦІЯ ТЕПЛООБМІНУ У ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОМУ КИПЛЯЧОМУ ШАРІ


    Contributors:


    Publication date :

    2017-10-31


    Remarks:

    Science and Transport Progress ; No. 5(71) (2017); 79-90



    Type of media :

    Article (Journal)


    Type of material :

    Electronic Resource


    Language :

    English , Russian