Wnikanie ciepła w warstwie fluidalnej

1. Wstęp

Proces fluidyzacji polega na zawieszeniu drobnoziarnistego ładunku w strumieniu gazu płynącego w rurze z dołu do góry. Przy odpowiednich wymiarach cząsteczek ładunku oraz odpowiedniej prędkości gazu uzyskuje się duże stężenie ciała stałego i jego intensywną cyrkulację. Dzięki czemu układ taki bardzo dobrze nadaje się do prowadzenia różnych procesów cieplnych, dyfuzyjnych i chemicznych między fazą płynącego gazu a stałą warstwy fluidalnej.

1. Cel ćwiczenia

I. Wyznaczenie zależności współczynnika wnikania ciepła w warstwie fluidalnej α od prędkości gazu.

II. Wyznaczenie zależności współczynnika wnikania ciepła w warstwie fluidalnej α od strumienia cieplnego.

1. Pomiary

β = 0,634

Długość grzałki 0,1215 m

Średnica grzałki 0,024 m

Powierzchnia grzałki 0,0091562 m²

Lp.	Napięcie prądu [V]	Natężenie prądu [A]	Temp. Warstwy fluidalnej [^oC]	Temp. Ściany grzałki [^oC]	Wysokość [m]
1	200	0,62	22,0	90	0,0435
2	200	0,62	22,2	85	0,055
3	200	0,62	22,5	82	0,0575
4	150	0,47	23,9	65	0,0365
5	150	0,47	22,2	60	0,049
6	150	0,47	22,0	58	0,0545
7	100	0,28	22,2	43	0,037
8	100	0,28	21,2	40	0,049
9	100	0,28	21,1	39	0,054

1. Obliczenia i wykresy

Lp.	Ciśnienie statyczne ładunku [Pa]	Prędkość gazu [m/s^2]	Strumień cieplny [V*A]	α – współczynnik wnikania ciepła
1	336.61	30.63	124	199.16
2	425.60	34.44	124	215.65
3	444.94	35.21	124	227.61
4	282.44	28.06	70.5	187.34
5	379.17	32.51	70.5	203.69
6	421.73	34.28	70.5	213.88
7	286.31	28.25	28	147.02
8	379.17	32.51	28	162.66
9	417.86	34.12	28	170.84

Przykładowe obliczenia:

Ciśnienie statyczne ładunku

p = H₀ * (1−ε) * (ρ_s−ρ_p) * g = 0, 0435 * 1 * (790−1,2) * 9, 81 = 336, 61 Pa

Prędkość gazu

$$w = \frac{1}{\sqrt{1 - \beta^{2}}}*\sqrt{\frac{2*p}{\rho_{p}}} = \frac{1}{\sqrt{1 - {0,634}^{2}}}*\sqrt{\frac{2*336,61}{1,2}} = 30,63\ m/s^{2}$$

Strumień cieplny

Q = U * I = 200 * 0, 62 = 124 V * A

α- współczynnik wnikania ciepła

$$\alpha = \frac{Q}{A*(T_{s} - T_{f})} = \frac{124}{0,0091562*(90 - 22)} = 199,16$$

1. Wnioski

Na podstawie obliczeń oraz wykresów można odczytać, że przy zwiększaniu prędkości gazu w kolumnie współczynnik wnikania ciepła wzrasta, co oznacza, że jest lepsza wymiana ciepła pomiędzy grzejnikiem a warstwą fluidalną.

Przy zwiększaniu strumienia ciepła, na początku nieznacznie wzrasta współczynnik wnikania ciepła ale wykresy dążą do wartości stałej.

W przypadku pomiarów nieznacznie odbiegają one od siebie, jest to spowodowane szybszym dokonywaniem odczytów niż jest w specyfikacji urządzenia.