Üç boyutlu gaz-katı akışkan yatağın dizaynı, imalatı ve kabarcıkların davranışının incelenmesi

Abstract

- 1 - öz Akışkan yataklı sistemlerinin dizaynı ve işletilmesin de, serbest yüzeydeki kabarcıkların davranışının bilinmesi önem kazanmaktadır. Sunulan doktora çalışmasında, üç boyutlu-büyük yatağın serbest yüzeyindeki kabarcık davranışı incelenmiştir. Yatak yükseklisi ve fazla hava hızının, kabarcık patlama çapı, frekansı ve kabarcık kesrine olan etkilerini belirlemek için ölçümler yapılmıştır. Serbest kabarcık tarzda yapılan deneylerde, akış gözlenmesi için video sisteminden faydalanılmıştır. Yatak malzemesi olarak kullanılan ham perlitin ortalama partikül çapı 593 um ve kumun 1233 pm dir. Sabit yatak yüksekliği 8... 24 cm ve fazla hava hızı 0.5... 24 cm/s arasında değiştirilmiştir. Beş bolüm ve bir ek halinde sunulan çalışmanın giriş bölümünde, konu tanıtılmış ve kabarcık davranışına ait daha önce yapılmış bazı araştırmalar özetlenmiştir. İkinci bölümde, akışkanlaşmanın iki faz teorisinin modifiye edilmiş şekli kullanılarak kabarcık miktarı, frekansı, akış alanı şekil faktörü ve akış katsayısı bağıntılarının çıkarıldığı teorik esaslar anlatılmıştır. üç boyutlu-soğuk akışkan yatak sisteminin dizaynında izlenen yol ve kullanılacak ampirik bağıntılar üçüncü bölümde toplanmıştır. Dördüncü bölüm, deney tesisatı ölçme aletleri ve ölçülen değerlerin açıklanmasına ayrılmıştır.- 2 - Sunulan çalışmada elde edilen sonuçların İrdelenmesi ve öneriler, beşinci bölümde yazılmıştır. Bu bilgilerin ışığı altında, - Kum için eşdeğer kabarcık çapın, Werther korelasyonu ile uyumlu olduğu, - Kabarcık şekil faktörünün, ham perlit için 1.108 ; kum için 1.125 elde edildiği, - Akış alanı şekil faktörünün ham perlit için 0.374 ile 0.634? kum için 0.170 ile 0.529 arasında değiştiği, - Akış katsayısının ham perlit için 1.228 ile 18.345; kum için 14.793 ile 52.410 arasında değiştiği, - Akışkanlaşmanın orijinal iki faz teorisinin, bu çalışmada geçerli olmadığı; bunun yerine modifiye edilmiş şeklinin kullanılması gerektiği, - Efektif kabarcık çapı Df nin eşdeğer küre çapı De den daha küçük olduğu ve ham perlit için yatak yük sekliği arttıkça; kum için ise yatak yüksekliği azaldıkça; arttığı, - Kabarcık miktarı ve frekansının, her iki partikül için yatak yüksekliği arttıkça ve fazla hava hızı azaldıkça; azaldığı belirlenmiştir.

- 3 - ABSTRACT The design and the operation of fluidised bed systems require a full understanding of the bubble behaviour at the free surface. In this thesis, the bubbling behaviour at the free surface of a large three - dimensional bed was studied. Exper iments were carried out to determine the effects of bed height and excess air velocity on the bubble eruption diameter, fre quency and bubble fraction. All experiments were performed at freely bubbling mode, and the flow characteristics of bubbles were recorded at a rate of 25 frames per second, using a video camera. Raw perli te and sand were employed as the fluidised bed materials, at main i diameters of 593 m. and 1233 ym, respectively. The fixed bed height runged from 8 cm to 24 cm, and the exce. s air velocity from 0.5 cm/s to 24 cm/s. This thesis contains five chapters and an appendix. The first chapter describes the bubbling behaviour in detail and a summary of the previous studies is also included. The second chapter contains the theoretical work. Equa tions related to tine bubble count, frequency, flow area shape factor and through- flow coefficient were derived using a mod ified form of the two - phase theory of fluidisation. The design procedure of the three dimensional - cold fluidised bed system and empirical correlations are included in the third chapter._ 4 - The fourth chapter contains the detailed description of the test apparatus, instrumentation, and the experimental procedure. The results obtained are reported in the last chapter. Recommendations for future studies are also listed. The following conclusions were mainly reached by the experimental and theoretical research: - Among various bubble growth correlations used to estimate the equivalent spherical diameter, De, Werther and Hilligardt correlation was found to be in very good agreement with the experimental data for sand. - Bubble shape factor was found to be 1.108 for raw perlite and 1.125 for sand. - The flow area shape factor was in the range of 0.374 to 0.634 for raw perlite and 0.17 to 0.529 for sand. - The through - flow coefficient runged from 1.228 to 18.345 for raw perlite and from 14.793 to 52.410 for sand. - The original two - phase theory of fluidization was found to be invalid for both particles studied. In stead, it should be used its modified form. - The effective flow diameter > Df, was found to be smaller than the equivalent spherical diameter, De, and increased with the increasing bed height for raw perlite and with the decreasing bed height for sand. - The bubble count and frequency were both found to decrease by increasing the bed height and decreasing the excess air velocity.