Вниманию читателей предлагается перевод монографии Дж. Боттерилла, видного английского ученого, проф. Бирмингемского университета, наиболее авторитетного из зарубежных специалистов в области теплообмена в псевдоожиженных системах. Это — первая зарубежная монография, специально посвященная вопросам переноса теплоты в системах, псевдоожиженных газами. В ней рассмотрен в основном так называемый внешний теплообмен псевдоожиженного слоя с омываемой им поверхностью, при этом особое внимание уделяется сложной гидродинамике псевдоожиженных газом систем, определяющей в основном их теплообменные свойства.
Данная область знаний развивается быстро и взгляды ученых претерпевают изменения, о чем говорит в предисловии сам автор книги. Несмотря на это книга, написанная в 1975 г., несомненно будет полезна не только сейчас, но и в дальнейшем в качестве основы для многих новых разработок. Одним из достоинств книги является простота изложения материала.
В книге содержится обширный фактический материал многочисленных исследований. Приведенная библиография насчитывает почти 800 литературных источников, в том числе многие диссертации зарубежных авторов и ряд частных сообщений из научной переписки автора.
В трактовке механизма интенсивного теплообмена псевдоожижеиного газом слоя с погруженной поверхностью Боттерилл придерживается современных воззрений, придавая важное значение концентрации и скорости смены (конвекции) частиц около поверхности теплообмена. Расчеты и эксперименты автора являются большим вкладом в развитие науки в области теплообмена в псевдоожиженных слоях. В то же время в книге не уделено достаточно внимания роли эффективной температуропроводности вдали от поверхности теплообмена, важной для передач больших потоков теплоты, а также вопросам межфазового теплообмена. Кроме того, сам автор в предисловии к русскому изданию от-
мечает некоторые вопросы гидродинамики и теплообмена в псевдоожиженном газом слое, по которым получены интересные данные в самое последнее время. Это относится к так называемым высокоскоростным псевдо-ожиженным системам, в которых скорости газа превышают скорость свободного витания частиц и поддерживаются высокие истинные концентрации материала вследствие циркуляции, а также к новым данным по высокотемпературным системам и тонким слоям крупных частиц.
К списку важных вопросов, только мимоходом затронутых в монографии, следует отнести и наличие в промышленной практике многочисленных (по Боттерил-лу) случаев очень низких [примерно 60 Вт/(м2-К)] коэффициентов теплоотдачи, как бы совершенно не соответствующих данным лабораторных экспериментов. Сообщая об этом, Боттерилл не приводит конкретных примеров столь неудовлетворительного теплообмена и не делает попыток объяснить расхождения. Редактор перевода книги издавна связывает подобные случаи с очень сильной неравномерностью газораспределения по сечению слоя больших размеров, не являющейся, однако, неизбежной. Видимыми путями ослабления неравномерности псевдоожижения в промышленных установках и интенсификации теплообмена являются работа при достаточно высоких числах псевдоожижения и разработка незасоряющихся газораспределительных решеток.
В отечественной и зарубежной литературе по псевдоожижению терминология пока еще унифицирована не полностью и в качестве равнозначных терминов применяются следующие:
а) псевдоожиженный слой с пузырями и кипящий слой;
б) след, шлейф пузыря и кильватерная зона;
в) минимальное псевдоожижение, состояние начала псевдоожижения и предел устойчивости;
г) эмульсионная фаза, плотная фаза и непрерывная фаза.
Скорость газа, рассчитанная для полного сечения пустого аппарата, называется скоростью фильтрации.
Редактор счел необходимым внести в книгу некоторые уточнения.
С. С.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящей книге дается обзор некоторых фундаментальных знаний о поведении слоев, псевдоожижен-• ных газами, и его связи с переносом теплоты в системе. Особо выделяется большое разнообразие поведения частиц различных размеров и форм. Но тем не менее автор не ставит перед собой задачу подготовить читателя ко всем сюрпризам, которые могут встретиться при практическом применении техники псевдоожижения.
В поведении псевдоожиженных газом систем VIKQ сейчас выявлены три важных механизма. Во-первых, известен механизм, с помощью которого поднимающиеся пузыри вызывают циркуляцию частиц. Этот механизм был найден с помощью серии интересных опытов. Во-вторых, перемешивание частиц оказывает важное влияние на перенос теплоты в псевдоожиженном слое. В-третьих, имеется ясное понимание характера течения газа в пузырях, предсказанного теорией потенциального обтекания газового пузыря частицами, этот механизм не важен в задачах переноса теплоты системой, но имеет очень важное значение в процессах межфазового контактирования (газ—твердые частицы) и, следовательно, при расчетах химических реакторов.
Некоторые фундаментальные исследования явились значительным вкладом в понимание поведения псевдоожиженных газом систем. Тем не менее это поведение настолько сложно, что до сих пор не существует моделей, которые могли бы, например, описать особенности развития пузырей и быть пригодными для расчета. Вполне естественно, что данная область знаний привлекла ряд исследователей, обладающих математическими способностями, но не проявляющих постоянного интереса к проблемам псевдоожижения. Они применили свои знания при разработке математических моделей, которые далеки от физической реальности. Чтобы выяснить, что же происходит в действительности, необхо-
5
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода ....... 3
Предисловие .............. 5
Предисловие автора к русскому изданию...... 9
Обозначения.............. 11
Глава первая. Псевдоожнженное состояние .... 16
1-1. Введение............. 16
1-2. Явление псевдоожижения........ 17
1-3. Общая терминология......... 19
1-4. Преимущества и ограничения техники псевдоожижения 23
Глава вторая. Поведение псевдоожиженного газом слоя 25
2-1. Введение............ 25
2-2. Общие свойства слоев с барботажем пузырей («кипящих») и их описание......... 31
2-3. Поведение пузырей.......... 36
2-4. Циркуляция частиц под действием пузырей ... 66
2-5. Перепад давления в слое........ 94
2-6. Минимальная скорость псевдоожижения .... 98
2-7. Расширение слоя........... 108
2-8. Газораспределительные устройства..... 112
Глава третья. Перенос твердой фазы...... 127
3-1. Течение псевдоожиженного материала .... 127
3-2. Транспорт твердого материала....... 151
3-3. Унос и отвеивание частиц........ 155
Глава четвертая. Механизм переноса теплоты . . . 160
4-1. Введение............. 160
4-2. Межфазовый теплообмен........ 162
339
4-3. Теплообмен слоя с поверхностью ...... 172
4-4. Перенос теплоты излучением ....... 242
4-5. Теплообмен в системах, псевдоожиженных капельны-
ми жидкостями ........... 252
Глава пятая. Теплообмен с погруженными поверхностями в свободном и заторможенном насадками псевдоожижен-
слоях ............. 254
5-1. Введение ............. 254
5-2. Теплообмен между слоем и стенкой ..... 266
5-3. Теплообмен с погруженными поверхностями . . . 272 5-4. Системы с механическим перемешиванием ... .295
5-5 Вынужденное обтекание поверхности теплообмена
твердыми частицами ......... 299
5-6. Теплообмен в псевдоожиженном слое с насадкой (за-
торможенный псевдоожиженный слой) .... 30G
5-7. Теплообмен в потоке газовзвесей ...... 308
Список литературы . ........ 311
Цена: 150руб.
