Ли Чжихэ, Цуй Сибин, Бай Сюэюань, Йи Вэймин, Ли Юнцзюнь
Аннотация: Для закона теплообмена между градуированными материальными частицами и твердым теплоносителем из керамического шара были изучены характеристики конвективного теплообмена между керамическим шариковым теплоносителем и газом, а также частицами биомассы и керамического шара, с использованием самодельного испытательного стенда для теплообмена твердых частиц. Экспериментально исследованы характеристики теплопередачи между ними. Коэффициенты конвективной теплопередачи одиночных керамических сфер и воздуха были проанализированы аналитическим методом и методом корреляции RMC соответственно 291,3 Вт / (м 2· ° C) и 200,3 Вт / (м 2· ° C), критериальное уравнение для определения теплообмена керамического шарового теплоносителя и группы частиц биомассы равно Nu c= 176 + 0.079Re cИ Nu c= 22,97 + 0.2251Re b, дает теоретическую основу для изучения закона пиролиза твердого топлива с теплоносителем.
введение
Пиролиз биомассы в реакторе представляет собой сложный физико-химический процесс, на который влияет поток фазы частицы, тепло- и массоперенос между газо-твердым и многофазным и кинетика термохимических реакций. Массоперенос и тепломассоперенос влияют на процесс термического крекинга, поэтому для полного раскрытия механизма термического крекинга биомассы необходимо перейти от фазы частицы, переноса тепла и массы между газо-твердым и многофазным и химической кинетики пиролиза биомассы. Всесторонние исследования. В настоящее время изучение теплообмена с участием частиц в основном происходит в реакторах с псевдоожиженным слоем и циркуляционным псевдоожиженным слоем. [1~ 5]Однако исследование механизма пиролиза биомассы при высокотемпературном процессе нагрева твердого теплоносителя встречается редко. Изучение закона теплопередачи полезно для оптимизации процесса и научного понимания механизма пиролиза.
В этой статье были изучены характеристики конвективной теплопередачи между частицами теплоносителя и газом (с использованием воздуха вместо пиролизных газовых продуктов) и теплопередающих характеристик между частицами биомассы и керамическим шариковым теплоносителем, с использованием самодельного испытательного стенда для теплообмена твердых частиц. Согласно экспериментальным данным, коэффициент конвективного теплообмена между отдельными частицами теплоносителя и воздухом анализируется и рассчитывается методом анализа и безразмерного анализа. Конвективный теплообмен между керамическим шариковым теплоносителем и группой частиц биомассы анализируется и определяется. Уравнение критерия теплопередачи группы частиц закладывает основу для изучения закона пиролиза твердого топлива с теплоносителем.
1 стенд и материалы
Структурная принципиальная схема испытательного стенда для теплообмена объемных частиц, используемая в исследовании, показана на рисунке 1. В основном это керамический шаровой теплоноситель, податчик частиц порошка биомассы, нисходящая труба, устройство для разделения частиц и компьютерная система определения температуры. : Керамический шаровой теплоноситель, нагретый до заданной температуры, быстро помещается в бункер керамического шарового питателя и контролируется температурой, подается из шнекового питателя и подается из устройства подачи теплоносителя Смешанные частицы разделяются в разделительном устройстве на нижнем конце сливного стакана, а керамические шарики и порошок биомассы попадают в разные агрегатные коробки и используют термопары Т-типа для температурных данных. Приобретение. Температура газа экстрагируется выхлопной термопарой в каждой точке отбора проб сливного стакана.
Нижняя труба изготовлена из ПВХ-трубы длиной 1600 мм и внутренним диаметром 110 мм. Чтобы уменьшить потери тепла на стенке трубы, на внутреннюю стенку трубы прикреплен слой изоляционного материала толщиной 25 мм, а наружная стенка изолирована силикатным распылителем. Бронированная термопара Т-типа была помещена на 100, 400, 800, 1200 и 1500 мм точках от верхнего сопла для измерения температуры газа внутри трубки.
В эксперименте керамический шар представляет собой обычную сферу диаметром 2 мм, а биомасса - порошок порошка кукурузы 60-80 меш.
2 экспериментальных результата
Керамический шарик с температурой 90 ° C имеет массовый расход 1,0, 1,2, 1,4 кг / мин для эксперимента конвективной теплопередачи между керамическим шариковым теплоносителем и воздухом, а начальный и конечный теплообмен между воздухом и теплоносителем в нижней трубе Температурные экспериментальные данные приведены в таблице 1. При вышеуказанном расходе теплоносителя теплообмен между теплоносителем и частицами биомассы проводился при массовом отношении керамических шариков к биомассе 15: 1, 20: 1, 25: 1 соответственно. Экспериментальные данные теплопереноса частиц теплоносителя и частиц биомассы приведены в таблице 2.
3 анализ и обсуждение
Керамический шаровой теплоноситель, теплообмен между частицами биомассы и воздухом в сливном стане, относится к многофазному потоку и теплопередаче. Возникает столкновение частиц и частиц, столкновение между частицами и стенкой и конвекция между частицами и воздухом. Теплота и теплопередача стенки трубки к излучению частиц. Экспериментальное исследование потока частиц PIV показывает [6]: За исключением близости к боковой стенке трубопровода вероятность столкновения между двумя видами частиц и поверхностью стенки во время нисходящего процесса мала, а теплопроводность теплоизоляционного материала, прикрепленного к стенке трубы, чрезвычайно мала, и переносом тепла столкновения между частицами и стенкой трубы можно пренебречь; Керамический шар не сталкивается во время процесса спуска, поэтому нет необходимости рассматривать передачу тепла и теплообмен между частицами керамического шарика. Эксперимент по течению частиц показывает, что керамический шар и частицы биомассы заполняют всю трубу и блокируют друг друга, так что, хотя есть излучение, Тем не менее, теплопередача отменяет друг друга, поэтому влияние радиационного теплообмена может быть проигнорировано. MansooriZ также считает, что в системах с плотными частицами эффект радиационного теплообмена составляет менее 600 ° C, что можно игнорировать. [7]Таким образом, в анализе следует учитывать только конвективный теплообмен керамического шарика и воздуха внутри трубки. Анализ конвективного теплообмена представляет собой анализ и решение коэффициента конвективной теплопередачи.
3.1. Конвективный коэффициент теплоотдачи отдельных частиц теплоносителя
3.1.1. Аналитический метод
Предполагается, что когда керамический шаровой теплоноситель обменивает тепло с воздухом в сливном стакане, тепло, выделяемое в момент времени tc, поглощается воздухом, то
3.1.2. Метод ассоциации RMC
Метод RMC был предложен RanzWE и MarshallWR в 1952 году. [8], уравнение
Используя приведенные выше два метода, коэффициент конвективной теплопередачи между керамическим шариковым теплоносителем и воздухом, рассчитанный по экспериментальным данным, показан в таблице 3. Аналитический метод основан на данных о температуре керамического шарового теплоносителя и воздуха на входе и выходе. Таким образом, его можно рассматривать как средний коэффициент теплопередачи во всем сливном стакане. Метод RMC рассчитывается в соответствии с параметрами движения и параметрами физических свойств на выходе сливного стакана, который является местным коэффициентом теплопередачи, поэтому между ними существует большой разрыв.
3.2. Анализ переноса тепла группами частиц
3.2.1 Анализ теплового равновесия
Между керамическим шариком, порошком биомассы и воздухом существует тепловое равновесие, как показано на рисунке 2. В нижней трубе после керамического шарика и теплообмена порошка биомассы высокотемпературный керамический шарик излучает тепло и температура уменьшается, а порошок биомассы поглощает тепло. Температура поднимается, воздух внутри сливного стакана также поглощает тепло и повышается температура.
3.2.2. Критериальное уравнение теплопереноса группы частиц теплоносителя с керамическим шариком
Передача тепла в системе частиц очень сложна. Теплоотдача одиночной частицы не может отражать закон теплопередачи всей системы частиц. Например, из-за изменения состояния движения частиц на разных падающих расстояниях возникает относительная скорость между фазой частицы и газовой фазой. В то же время частицы в разных пространственных местоположениях могут влиять на перенос тепла и массы из-за температуры и скорости движения, поэтому коэффициенты теплопередачи и уравнения критерия, анализируемые одиночными частицами, не подходят для исследования теплопроводности систем групп частиц и должны быть использованы. Характеристическое количество параметров системы групп частиц используется для расчета номера критерия. Для переноса тепла системы групп частиц эквивалентный диаметр группы частиц и характеристическая скорость могут быть использованы для анализа и расчета.
Согласно экспериментальным данным в таблице 1 и вышеупомянутому методу теплового равновесия, рассчитывается число Нуссельта и число Рейнольдса группы частиц теплоносителя с керамическим шариком при различных условиях работы, как показано в таблице 4.
Согласно Nuc и Re в таблице 4 cВеличина линейной зависимости, полученной линейной регрессией с использованием программного обеспечения обработки данных Oringin810, показана на фиг.3. Как видно из фиг.3, Nu cИ Re cЧисло имеет хорошую линейную зависимость.
3.2.3. Определение критерия теплопередачи группы частиц биомассы
Для описания характерных параметров группы частиц биомассы см. Литературу «9». В соответствии с характерными параметрами группы частиц биомассы экспериментальные данные в таблице 2 и вышеприведенный метод анализа рассчитают эквивалентный диаметр группы частиц биомассы, коэффициент теплопередачи и анализ критериального уравнения. Значения соответствующих параметров, используемых в нем, показаны в таблице 5.
Nu, рассчитанной согласно данным табл. 5 cС Re bКак показано в таблице 6.
Согласно Nu в таблице 6 cИ Re bЗначение, линейная регрессия дает Nu cИ Re bСвязь показана на рисунке 4. Как видно на рисунке 4, Nu cИ Re bЧисло имеет хорошую линейную зависимость.
4 Заключение
На экспериментальной платформе теплопередачи объемной частицы падающей трубки проводился конвективный эксперимент по теплопроводности керамического шара и воздуха (вместо пиролизного газа) с массовым расходом керамических шариков 1,0, 1,2, 1,4 кг / мин. Многофазные эксперименты по теплопередаче керамического шарового теплоносителя, порошка биомассы и воздуха проводились с массовым соотношением керамического шара с порошком биомассы 15: 1, 20: 1, 25:13 соответственно. Аналитический метод и корреляция Конвективный коэффициент теплопередачи одиночных керамических частиц шарика и воздуха был проанализирован методом, который составлял 291,3 Вт / (м 2· ° C) и 200,3 Вт / (м 2· ° C). Метод теплового баланса используется для анализа безразмерных критериев критерия теплопередачи группы частиц теплового носителя керамического шара и группы частиц биомассы соответственно. c= 176 + 0.079Re cИ Nu c= 22,97 + 0.2251Re b, дает теоретические основы теплообмена для изучения закона пиролиза биомассы.
ссылки
«1» Фу Лихуа, Чжэн Дайан, Sun Yun. Исследовательский прогресс в технологии быстрого сжигания пиролиза биомассы J Jiangxi Chemical Industry, 2007 (2): 45 ~ 49.
«2'BridgwaterAV. Принципы и практика быстрых процессов пиролиза биомассы для жидкостей». Journal of Aalalical and Applied Pyrolysis, 1999, 51 (1): 3 ~ 22.
'3' Dai Tianhong, Qian Yizhang, Li Hongshun. Механизм теплопередачи циркулирующей жидкости с псевдоожиженным слоем - модель обновления флагов Flux. J. Combustion Science and Technology, 1997, 3 (3): 270 ~ 279.
«4» Лю Люань, Лю Ши. Теоретическое исследование теплообмена частиц с частицами в псевдоожиженных слоях [Дж., Китайский электротехнический институт, 2003, 23 (3): 161-165.
«5» Kong Xingjian, Sun Guogang, Wang Maohui. Экспериментальное исследование характеристик теплопередачи большого псевдоожиженного слоя с псевдоожиженным слоем большой жидкости с псевдоожиженным слоем «J». Технология и технология очистки, 2008, 38 (3): 18 ~ 23.
«6» Ли Чжихэ, Йи Веймин, Лю Хуанвэй и др. Испытание потока и теплопередачи керамических шариков в вертикальных сливных трубах «J». Труды Китайского общества сельскохозяйственного машиностроения, 2009, 25 (2): 72 ~ 76.
'7' Mansoori Z, Saffar-AvvalM, Basirat TabriziH, et al. Межчастичный перенос тепла в стояке газотурбинных турбулентных потоков «J». Powder Technology, 2005, 159 (1): 35-45.
«8'Papadikis K, Gerhauser H, Bridgwater A V, и др. CFD-моделирование быстрого пиролиза конвективного теплообмена в полете целлюлозной частицы Trop« J ». Biomass and Bioenergy, 2009, 33 (1): 97 ~ 107 ,
«9» Ли Чжихэ. Изучение закона термического крекинга биомассы в реакторе внутри водосточной трубы «D». Шэньян: Шэньянский сельскохозяйственный университет, 2010.
