Fine particle flow pattern and region delimitation in fountain confined conical spouted beds

Abstract

[ES] Se ha utilizado una nueva técnica boroscópica junto con la monitorización de señales de fluctuación de presión (distribución espectral de potencia, PSD) para el seguimiento de partículas finas y caracterizar la dinámica del flujo sólido en lechos cónicos de fuente confinada. Se han obtenido perfiles de velocidad de partículas radiales y axiales para diferentes configuraciones, y se han delineado las interfases spout-zona anular y núcleo-periferia de la fuente. Las velocidades descendentes de las partículas en la zona anular alcanzan su máximo en posiciones intermedias en esta zona, mientras que las velocidades ascendentes en las zonas diluidas (spout y núcleo de la fuente) alcanzan su máximo en el eje o cerca de esta posición. Entre las diferentes configuraciones analizadas en este trabajo, el sistema sin tubo central muestra las mayores velocidades verticales de las partículas en casi todas las diferentes posiciones radiales y axiales. La evolución del tamaño del spout a lo largo del lecho depende de la configuración utilizada, pero todas difieren de las comúnmente reportadas en la literatura. De este modo, el spout se expande desde el fondo del lecho hasta la superficie, sin ningún cuello en un nivel intermedio del lecho. Además, la forma de la sección transversal del spout se ha delineado en los sistemas con tubo central de aberturas, y se observa una expansión significativa del spout debido a la filtración de aire desde el spout hacia la zona anular a través de las aberturas del tubo. Finalmente, se han comparado los diámetros promedio de los spout de los sistemas sin tubo y con tubos centrales de aberturas con los predichos por las correlaciones bibliográficas. Los propuestos por San José et al. y Volpicelli et al. proporcionan el mejor ajuste para las configuraciones sin tubo y con tubo central de aberturas, siendo sus errores relativos de 9,83% y 8,88%, respectivamente.

[EN] A novel borescopic technique together with the monitoring of pressure fluctuation signals (power spectral distribution, PSD) has been used to track fine particles and characterize solid flow dynamics in fountain confined conical spouted beds. Radial and axial particle velocity profiles have been obtained for different configurations, and spout-annulus and fountain core-periphery interfaces have been delineated. The downward particle velocities in the annulus peak at intermediate positions in this zone, whereas the upward velocities in the dilute zones (spout and fountain core) peak at the axis or close to this position. Among the different configurations analysed in this work, the system without draft tube shows the greatest vertical particle velocities in almost all the different radial and axial positions. The evolution of the spout size along the bed depends on the configuration used, but all of them differ from those commonly reported in the literature. Thus, the spout expands from the bed bottom to the surface, without any neck at an intermediate bed level. Furthermore, the cross-sectional spout shape has been delineated in the systems with open-sided draft tube, and significant spout expansion is observed due to air percolation from the spout into the annulus through the opened faces. Finally, the average spout diameters of the systems without draft tube and with open-sided draft tubes have been compared with those predicted by literature correlations. Those proposed by San José et al. and Volpicelli et al. provide the best fit for the configurations without draft tube and with open-sided draft tube, with their relative errors being 9.83% and 8.88%, respectively