Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги наманган муҳандислик – Қурилиш

ТЕПЛОМАССООБМЕН ДВУХФАЗНЫХ ПОТОКОВ В АППАРАТАХ 
ФОНТАНИРУЮЩЕГО СЛОЯ. 
к.т.н. Мурадов И., асс. Шеркулов Б.Г., студ. Темирова Л. З (КИЭИ),
преп. Муродова К.И. (школа №22, г. Карши) 
 
Обычно взаимодействие между газом и частицами в фонтанирующем 
слое включает не один теплообмен, а теплообмен, сопровождающийся либо 
массопереносом, либо химической реакцией. Однако возможно применение 
фонтанирующего слоя для простого нагревания или охлаждения 
гранулированных твердых частиц.
Не говоря уже о практическом значении, изучение механизма 
теплообмена между слоем твердых частиц и легкой фазой является весьма 
важной первой ступенью для понимания более сложных взаимодействий, 
включая такие процессы, как сушка [1]. 
Рассмотрим общий механизм, по которому теплота передается от 
легкой фазы к слою твердых частиц, временно предположив, что передача 
теплоты к отдельной частице происходит скорее в условиях внешнего 
контроля, чем лимитируется ее проникновением внутрь частицы. 
Так как, твердые частицы хорошо перемешиваются, их средняя 
температура в различных частях слоя должна быть в основном постоянной. 
Понижение температуры легкой фазы по мере ее продвижения в верхнюю 
часть слоя будет определяться условием режима идеального вытеснения для 
легкой фазы [2]. 
Для определения α
т
в фонтане с высокой порозностью, где критерий 
Рейнольдса частиц в основном выше 1000, приемлемо уравнение Роу и 
Клакстона 
Nu = α
т
d
ч
 /λ
т
 = А + ВРr
1/3
Re
0,55
(1) 
где А=2/[1-(1-ε)
1/3
] и В=2/3ε 
Для кольца с низким критерием Рейнольдса частиц (менее 100) более 
подходит уравнение для фильтрующего слоя Литтмана и Сливы: 
Nu = 0,42 + 0,35Re
0,8
(2) 
Значения коэффициента теплопередачи в ядре [400 Вт/(м
2
К)] и в кольце 
[50 Вт/(м
2
К)] указывают на порядок величин, хотя, очевидно, имеются 
значительные расхождения в зависимости от материала слоя, масштаба 
аппарата, скорости фонтанирования, высоты слоя и т.п. Все же можно 
сделать общий вывод – при подстановке соответствующих величин, а также 
необходимых данных для wue в уравнение (1) можно обнаружить, что газ в 
кольце достигнет термического равновесия со слоем твердых частиц всего в 
нескольких сантиметрах от его входа в слой. В то время как расстояние, 

---

256 
необходимое для достижения равновесия меду газом и частицами в фонтане, 
на один или даже два порядка выше. 
Время пребывания частиц в фонтанирующем ядре незначительно, по 
сравнению со временем их нахождения в кольце; оно расходуется при более 
высоком коэффициенте теплопередачи, а для частицы, входящей в ядро 
недалеко от входного отверстия, при более высокой движущей силе. Поэтому 
частицы, покидающие ядро, обладают большим запасом теплоты и отдают ее 
твердым частицам кольца. Этот теплообмен происходит частично за счет 
теплопроводности к окружающим частицам и частично вследствие 
конвекции к газу, проходящему через кольцо. Таким образом, косвенная 
функция кольца заключается в том, что оно принимает теплоту от 
циркулирующих частиц, которые отнимают ее от газа в ядре во время 
каждого цикла. Несмотря на то, что во время каждого цикла температура 
частицы повышается незначительно (на несколько градусов), теплота по 
этому механизму передается с большой скоростью, так как скорость 
циркуляции твердых частиц в фонтанирующем слое очень велика (несколько 
тонн в час) [3]. 
В непрерывных процессах кольцо выполняет еще более важную 
функцию, являясь источником теплоты для поступающих холодных частиц.
Используя уравнение (2) для определения α
т
показывает, что время τ 
для обычных условий составляет около 1 мин.
Не все механизмы массопереноса (в частности-изотермического 
массопереноса) вносят в том или другом конкретном случае существенный 
вклад в общий поток вещества. При больших влагосодержания материала 
преобладающим механизмом массопереноса является капиллярный. 
Капиллярное движение жидкости в пористых телах вызывается 
капиллярными силами всасывания, которые определяются геометрическими 
свойствами системы и смачиваемостью стенок пор. Капиллярные силы и 
противодействующие им силы трения зависят от радиуса капилляра, поэтому 
в теле с поликапиллярнопористой структурой в каждой поре действуют свои 
силы, которые вследствие соединения пор между собой постоянно 
взаимодействуют, что создает сложную картину силового поля. Чем тоньше 
поры, тем больше капиллярная сила всасывания, которая для 
цилиндрического капилляра равна 
Р
кап
 = 2

cos

 /r
(3) 
где 

— поверхностное натяжение на границе жидкость - воздух. 
При обезвоживании пористого тела мениски в тонких порах, 
вследствие их большего капиллярного потенциала, всасывают влагу из более 
широких пор, что и обусловливает капиллярный поток[4]. 
Резюмируя, можно сделать вывод о том, что процессы транспорта 
вещества в твердой фазе при сушке, адсорбции, экстрагировании, несмотря 
на различие в механизмах переноса, обладают большой степенью 
кинетической общности.