Экспериментальное исследование гидродинамики в холодной модели конического реактора для газификации опила с использованием теории случайных процессов

В ходе работы исследована плоская холодная модель газогенератора, включающая входную область подачи воздуха, конический участок с углом раскрытия $38^\circ$, прямоугольную секцию $500\times20$ мм и выходную часть, соединённую с фильтром. Установка оснащена системой видеонаблюдения за дисперсным потоком и датчиками давления с цифровой записью для последующего статистического анализа. Эксперименты выполнены при различных фракциях опила ($0,1\ldots0,25$ мм; $0,25\ldots0,5$ мм; $0,5\ldots0,8$ мм; $0,8\ldots1,0$ мм; $1,0\ldots1,25$ мм; $1,25\ldots1,6$ мм) и их смеси, с первоначальной высотой слоя $50$ мм. Скорость воздуха на входе варьировалась от $0,4$ до $5,4$ м/с с длительностью каждого опыта $40$ с. Результаты показали, что при низких скоростях ($0,4\ldots1,9$ м/с) материал находится в режиме устойчивого фонтанирования с основными частотами пульсаций давления $3$–$5$ Гц. Увеличение скорости приводит к переходу к нестабильной псевдоожиженности: диапазон колебаний расширяется до $0,5$–$8$ Гц, а при ещё большем расходе воздуха слой переходит в разреженный режим с доминированием низких частот (около $2$ Гц). Более мелкие фракции ($0,1\ldots0,8$ мм) быстрее утрачивают стабильность, тогда как крупные частицы ($0,8\ldots1,6$ мм) дольше сохраняют устойчивый режим. Спектральный анализ пульсаций давления на высотах $30$ и $200$ мм свидетельствует о заметном изменении среднеквадратического отклонения колебаний по высоте, причём верхний уровень сильнее реагирует на рост скорости. По данным распределения статического давления по высоте установлено, что объёмная концентрация частиц в зоне $30$–$50$ мм над решёткой достигает $30\%$. При дальнейшем увеличении расхода воздуха наблюдается вымывание слоя вверх, формирование кластеров частиц в удалённых от входа в диффузор областях и значительное снижение объемной концентрации частиц. Полученные результаты позволяют прогнозировать динамическое поведение слоёв различной дисперсности и вносят вклад в разработку эффективных технологических процессов газификации.