Газопоток через насипной слой при малом отношении диаметра трубы к диаметру частиц: влияние шероховатости гранул

Насыпные слои широко используются во многих отраслях промышленности, таких как энергетика, химическая инженерия и транспорт. Прогнозирование параметров течения жидкости/газа является важной задачей при проектировании аппаратов с насыпными слоями. В настоящем исследовании экспериментально и численно изучались насыпные слои, заполненные сферическими, цилиндрическими и кольцевыми (Raschig) частицами, с целью изучения влияния шероховатости гранул на параметры течения. Параметры насыпного слоя варьировались следующим образом: шероховатость гранул 0.001–20 μm; скорость 1–10 m/s; отношение D/dp равно 2.9 и 4.8; длина насыпного слоя 50–250 mm. Установлено, что падение давления существенно возрастает с увеличением шероховатости гранул. Как численные, так и экспериментальные результаты показали значительное расхождение наших данных с известными эмпирическими корреляциями. По этой причине предложен новый коэффициент корреляции K для уравнения Эргуна, учитывающий шероховатость гранул. Коэффициент K обеспечивает хорошее согласование между падениями давления, рассчитанными с помощью модифицированного уравнения Эргуна, и экспериментальными/численными данными для широкого диапазона режимов и конструктивных параметров.