مطالعه عددي و آزمايشگاهي فرآيند انتقال حرارت در بستر سيال شامل پودر آلومينا

Numerical and Experimental Investigation into Heat Transfer Process in a Fluidized Bed of Alumina Powder

در اين پژوهش فرآيند انتقال حرارت در يك بستر سيال شامل ذراتي متعلق به گروه A طبقه بندي گلدارت مورد مطالعه قرار گرفت. به اين منظور يك دستگاه آزمايشگاهي راه اندازي گرديد كه در آن با تركيب هواي گرم با پودر آلومينا كه متعلق به گروه A طبقه بندي گلدارت است يك رژيم سياليت حبابي ايجاد گرديد و در هر آزمايش با ثابت نگه داشتن دما در مقطع ورودي به بستر، دماي فاز جامد و دماي گاز خروجي در طول زمان اندازه گيري و ثبت گرديد.به دليل پايين بودن ميزان رطوبت موجود در ذرات جامد از انتقال جرم بين فازها صرفنظر شده است.در ادامه با استفاده از معادلات مدلسازي سه فازي و استفاده از داده هاي تجربي رابطه اي براي پيش بيني ضريب انتقال حرارت بين فاز جامد و فاز گاز درون شبكه اي ارائه شده است.در اين تحقيق ظرفيت گرمايي پودر آلومينا به عنوان تابعي از دما در نظر گرفته شده است و براي حل معادلات مدل سه فازي از روش حجم محدود استفاده شده است.نتايج حاصل از اين پژوهش نشان مي دهد انطباق خوبي بين داده هاي تجربي و نتايج مدلسازي عددي وجود دارد به گونه ايكه حداكثر خطاي مدلسازي عددي با داده هاي تجربي 9 درصد مي باشد. همچنين بيشترين تغييرات دمايي در بستر در 2 دقيقه اول فرآيند اتفاق مي افتد كه اين موضوع نشان دهنده بالا بودن نرخ انتقال حرارت در اين نوع بسترها مي باشد.

In this study, the process of heat transfer in a fluidized bed of particles belonging to group A of Geldart classification was investigated. For this, an experimental setup was installed, in which a bubble fluidity regime was formed with the combination of hot air and alumina powder belonging to group A of Geldart classification. In each experiment, the temperature of solid phase and outlet gas were measured and recorded over the time, by keeping temperature constant at the inlet opening. Due to the low humidity level of solid particles, mass transfer between the phases was ignored. In the following, using three phase modeling equations and experimental data, a correlation has been provided for predicting heat transfer coefficient between the solid and interstitial gas phases. In this study, heat capacity of alumina powder has been considered as a function of temperature. In addition, finite volume method has been used for solving three-phase model equations. The results of this study show very good conformity between experimental data and numerical simulation so that the maximum error of numerical modeling with experimental data is 9% and the highest temperature variation in the bed happens early in 2 minutes of the process that demonstrates the high rate of heat transfer is in this type of beds.