การศึกษาการถ่ายเทความร้อนของเตาฟลูอิดไดซ์เบดชนิดหมุนวนภายในไซโคลนแฝด

Abstract

งานวิจัยนี้ได้จัดทำขึ้นเพื่อศึกษาพฤติกรรมการถ่ายเทความร้อนของฟลูอิดไดซ์เบดแบบหมุนวนภายในเตาไซโคลนแฝด ซึ่งได้ทำการแบ่งรูปแบบในการทดลอง 1) อุทกพลศาสตร์การไหลของฟลูอิดไดซ์เบดแบบหมุนวนภายในเตาไซโคลนแฝด และ 2) รูปแบบการถ่ายเทความร้อนภายในเตาฟลูอิดไดซ์เบดแบบหมุนวน ซึ่งทรายซิลิกาที่ขนาดอนุภาค 300–500 600–710 และ 710-1000 µm ถูกนำมาใช้เป็นวัสดุเบด โดยมีความสูงเบด 30 cm ค่าความเร็วอากาศปฐมภูมิตั้งแต่ Umf–3Umf และปรับเปลี่ยนค่าอัตราส่วนอัตราการไหลของอากาศทุติยภูมิและตติยภูมิต่ออัตราการไหลอากาศปฐมภูมิเท่ากับ 0, 0.3 และ 0.5 โดยใช้หัวกระจายอากาศแบบ Sw=2.76 และ 2.98 สำหรับการทดลองอุทกพลศาสตร์การไหลจะดำเนินการที่อุณหภูมิสิ่งแวดล้อมและวัดค่าที่ตำแหน่งระดับความสูงเหนือจากระบบป้อนอากาศเท่ากับ 40, 50, 60 และ 125 cm ตามลำดับ ในขณะที่การทดลองการถ่ายเทความร้อนภายในเตาฟลูอิดไดซ์เบดแบบหมุนวน ดำเนินการทดสอบที่อุณหภูมิเบด 300 องศาเซลเซียส และวัดค่าที่ตำแหน่งระดับความสูงเหนือจากระบบป้อนอากาศเท่ากับ 60 125 223 และ 288 cm จากผลการทดลอง ในส่วนของอุทกพลศาสตร์การไหล พบว่า หัวกระจายอากาศแบบ Sw=2.76 และ 2.98 การยกตัวของอนุภาคที่บริเวณจุดกึ่งกลางเตา และตำแหน่งความสูงที่ใกล้บริเวณที่มีอนุภาคหนาแน่น (Dense phase zone) จะมีค่าสูงที่สุด ทั้งนี้ผลของค่า swirl number, ความเร็วของอากาศปฐมภูมิ และสัดส่วนอากาศทุติยภูมิและตติยภูมิที่ ส่งผลให้ค่าการยกตัวมากขึ้น ในทางตรงข้ามผลของขนาดอนุภาคเบดและความสูง จะส่งผลแบบผกผันกับค่าการยกตัวของอนุภาค สำหรับการถ่ายเทความร้อนภายในเตาไซโคลนแฝด พบว่า ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนค่า (hlocal) มากที่สุด ณ กึ่งกลางเตา และลดลงตามแนวรัศมี จากนั้นเพิ่มขึ้นอีกครั้งที่บริเวณผนังเตา ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วอากาศปฐมภูมิที่เพิ่มขึ้น แต่อย่างไรก็ตามขนาดอนุภาครวมถึงอัตราการไหลของอากาศทุติยภูมิและตติยภูมิที่เพิ่มขึ้น จะส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนลดลง ทั้งนี้ได้ศึกษาความสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นนั้น พบว่า สมการความสัมพันธ์ทำนายค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนเฉลี่ย (hZ) ในส่วนพื้นที่ที่มีอนุภาคอย่างหนาแน่น Nuz=0.26(Ar)0.37(Pr)-6.94(Ref)-0.19(Uz/Umf)0.39(H/Z)-2.88(S)4.01 และ Nuz=0.35(Ar)0.20(Pr)-6.36(Ref)-0.19(Uz/Umf)0.39(Z/dp)0.51(S)4.01 โดยมีค่า R2=0.87 และ MBD=20.49 เท่ากันทั้งสองสมการ ในขณะที่ในพื้นที่ที่มีฟลูอิดไดซ์เบดแบบเบาบางสมการที่ได้Nuz=0.46 (Ar)-12.53(Pr)-6.36(Re)-0.47(1-QSA/QTA)0.39(H/Z)0.26(S)7.70 ซึ่งมีค่า R2=0.87 และ MBD=8.77 The aims of this project were to study the 1) hydrodynamic and solid hold up and 2) heat transfer behavior of swirling fluidized bed in a twin cyclone combustor. The silica sand used as insert bed material in the test at different particle size of 300–500, 600–710, and 710–1000 µm at the fixed static bed height 30 cm for secondary and tertiary air flow rate with primary air flow 0, 0.3, and 0.5 at superficial velocity range were Umf–3Umf. During the experimental test, the different air distributor system at Sw=2.76 and 2.98 were used. Measurement location were at level of 40, 50, 60, and 125 cm above the air distributor systems. For solid hold up were used ambient air condition for test. For the heat transfer investigation the sampling point were measure at 60 125 223 and 288 cm above air distributor for the fixed bed temperature at 300 °C. From hydrodynamic result, shown that a solid holdup increased with the increasing of swirl number, superficial velocity, and secondary and tertiary air ratio, meanwhile it decreased for the increasing of particle diameter. In all of the test result, it was found that the heat transfer coefficient was high at the center of the combustor and at combustor walls. The heat transfer was to increase with the increasing of superficial velocity while it showed the opposite tendency with the increasing of particle size diameter and secondary and tertiary air flow rate, the increased in heat transfer coefficient with increasing superficial velocity and decrease particle size and air stage ratio were found. The Buckingham’s pi theorem was used to develop empirical equations for prediction of the heat transfer coefficient. The predicted heat transfer coefficients equation was found to be in good agreement with the coefficient of determination's values. At dense phase zone, empirical equation were used 2 model with both Nuz=0.26(Ar)0.37(Pr)-6.94(Ref)-0.19(Uz/Umf)0.39(H/Z)-2.88(S)4.01 and Nuz=0.35(Ar)0.20(Pr)-6.36(Ref)-0.19(Uz/Umf)0.39(Z/dp)0.51(S)4.01 which R2=0.87 and MBD=20.49 for both models while free board zone, empirical equation was used 1 model Nuz=0.46 (Ar)-12.53(Pr)-6.36(Re)-0.47(1-QSA/QTA)0.39(H/Z)0.26(S)7.70 with R2=0.87 and MBD=8.77