РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ СУШИЛЬНЫМ АГЕНТОМ И ПОВЕРХНОСТЬЮ ДРАЖЕВОЙ ОБОЛОЧКИ

АННОТАЦИЯ

В статье обобщены результаты исследований по определению наиболее подходящей скорости теплового потока для сушки семян тепловым потоком на ленточных устройствах.

ABSTRACT

The article presents the results of the study of the optimal value of the speed of the drying agent during convective drying of the dragee layer of cotton seeds in tape plants.

Ключевые слова: надежный, теплообмен, жесткость, теплоотдача, полосатый, массообмен, коэффициент сушки, изоляция, температура, поверхность.

Keywords: reliability, heat transfer, roughness, convective, pelleted, mass transfer, drying agent, impermeable, temperature, surface.

Ленточные сушильные установки представляют собой аппараты непрерывного действия с ленточным транспортером, на рабочем полотне которых располагают сушильный материал. Сушильный агент движется вдоль транспортера прямотоком и противотоком, а также частично циркулирует сквозь слой материала сверху вниз или снизу вверх.

Для расчета коэффициента конвективного теплообмена между сушильным агентом и высушиваемым материалом в ленточных сушильных установках могут быть использованы эмпирические критериальные уравнения, полученные на основе экспериментального изучения процессов тепло- и массообмена в различных тепло- и массообменных установках, и обобщения их результатов [1; 2].

Анализ предложенных в [1; 2] эмпирических критериальных уравнений с точки зрения их применимости для нашего случая коэффициент конвективного теплообмена при сушке дражированных семян хлопчатника в ленточных конвективных установках определяется следующим критериальным уравнением:

Полученное М.А. Михеевым [1] является наиболее достоверным и общепризнанным. В формуле (1)

 – теплообменный критерий Нуссельта;

 – эквивалентный диаметр канала, внутри которого движется сушильный агент ();

 – ширина и  – толщина канала;  – коэффициент теплопроводности сушильного агента (воздуха) при средней температуре в канале сушильной камеры;

 – критерий Рейнольдса;  – скорость сушильного агента над сушильным материалом в сушильной камере;  – коэффициент кинематической вязкости сушильного агента (воздуха) при средней температуре сушильного агента в канале сушильной камеры;  – критерий Прандтля при средней температуре сушильного агента в канале сушильной камеры;  – критерий Прандтля при средней температуре поверхности высушиваемых материалов.

В связи с тем, что для воздуха как сушильного агента значение критерия Прандтля () равно  и постоянно, критериальное уравнение (1) может быть представлено в виде

Уравнения (1) и (5) применимы в диапазонах изменения критериев Рейнольдса () и Прандтля () соответственно от  и  для каналов, имеющих шероховатую теплообменную поверхность независимо от формы их поперечного сечения.

Для применения уравнений (1) и (2) для расчета в каналах сушильной камеры, имеющих шероховатую теплообменную поверхность за счет сферичности семян хлопчатника, находящихся на рабочем полотне транспортера и способствующих увеличению значения , по сравнению с гладкими поверхностями, вносится соответствующая поправка на шероховатость.

Для учета фактора шероховатости теплообменной поверхности дражированных семян хлопчатника, когда линейные размеры высушиваемых семян больше толщины вязкого теплового пограничного слоя на плоской (гладкой) поверхности, нами по рекомендации проф. Р.Р. Авезова в качестве поправки в формулу (5) внесено значение отношения поверхностей сферы и квадрата, имеющих равные диаметр (D) и сторону (α)

Наряду с , как показывают расчеты по определению и сопоставлению значений  в ленточных сушильных установках с плотным слоем, но с параллельным движением сушильного агента над высушиваемыми материалами, например в которых сушильный агент одновременно может фильтрироваться через слой высушиваемых семян снизу верх или сверху вниз, следует учесть возможное увеличение  за счет частичной фильтрации (т. е. пронизывания) сушильного агента транспортера, а порозность, т. е. доля пустот в единице объема слоя семян, определенное 0,367. Повышение значения  в таких случаях по сравнению с чисто параллельным движением сушильного агента над поверхностью высушиваемых материалов при этом, согласно [1;2], может составлять 40÷60% и более.

Принимая среднее значение этого фактора повышения  равного 0,5, а также значения фактора шероховатости – , критериальное уравнение (5) для нашей задачи может быть представлено в виде  

С учетом значений критериев  и  соответственно по (2) и (4) критериальное уравнение (7) может быть представлено в виде  

Достоверность внесения такой поправки в уравнение (8), когда плоская непроницаемая поверхность теплообмена заменена пористым плоским слоем сферических материалов (с высотой ), подтверждена экспериментальным путем через определение продолжительности процесса сушки дражевого слоя семян хлопчатника в ленточной конвективной сушилке.

Рисунок 1. Зависимость :1, 2, 3 и 4 соответственно при  и

На рис. 1 приведена графическая зависимость коэффициента конвективного теплообмена при сушке дражевого слоя семян хлопчатника () от средней температуры () и скорости сушильного агента  в ленточной сушильной установке.

Как следует из графических зависимостей  по рис. 1, значение  при прочих равных условиях (имеется в виду  существенно зависит от скорости сушильного агента . Например, при  при повышении значения  от 2,0 до 6,0 м/с, т. е. в 3 раза, соответствующее повышение значения  составляет от 33,8 до 81,3 Вт(м² . ⁰С), т. е. в 2.4 раза.

Из графиков рис. 1 также следует, что зависимость  намного слабее, чем . Так, например, при  повышение  от 30 до 60⁰С приводит к снижению  от 59,6 до 56,5 Вт/(м².⁰С), т. е. всего лишь на 5,5% или 0,103 Вт/( м².⁰С) на каждый градус повышения .

Снижение  с повышением  объясняется различной степенью зависимости  и , входящих в уравнение (2) и (4), от средней температуры сушильного агента . Если, например, согласно [1; 2] при  и значение  в (8) составляет 183,32; при  и значение  составляет 173,76. Как видно, при повышении  от 30 до 60⁰С значение  снижается на 5,5%.

Следует отметить, что, согласно результатам исследований, оптимальное значение скорости сушильного агента при конвективной сушке дражевого слоя семян хлопчатника в ленточных сушильных установках составляет 4,0÷4,2 м/с, при скоростях сушильного агента более чем 5 м/с происходит разрушение, т. е. «срыв» с поверхности дражевого слоя семян.

Таким образом, при объемном расходе сушильного агента  и суммарном поперечном сечении секций , по которым движется сушильный агент, линейная скорость последнего над поверхностью дражированных семян хлопчатника  составляет 4,167 м/с. Как следует из рис. 1, при  значения  при  и 60^оС составляют соответственно 61,6; 60,7; 59,5 и .

Список литературы:

1. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. – Новосибирск: Наука, 1970. – 660 с.
2. Михеев М.А. Основы теплопередачи. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1956. –392 с.