разное

Эвристические правила

При создании пакетов прикладных программ для автомати­зированного расчета теплообменных аппаратов и их проектной опти­мизации успех зависит главным образом от удачного выбора логичес­кого метода, положенного в основу программы. Логика программы должна исключить область нереалистичных параметров, что оказы­вается более важным, чем поиск наилучшего варианта путем прямого перебора. Существенным является и то, чтобы логическая структура программы не ограничивала возможные изменения в конструкции слишком малым числом вариантов, за пределы которых нельзя выйти.

С целью облегчения процедуры проектной оптимизации, «6 советов проектировщику» (Глава 2) в результате научных дискуссий и практического опыта использования были превращены в «13 руководящих принципов проектирования на основе Второго закона термодинамики». В большинстве случаев эти принципы используются при термоэкономическом анализе и оптимизации теплообменных аппаратов. Рассмотрим каждый принцип и проанализируем его.

Принцип 1. Старайтесь избегать чрезмерно больших или чрез­мерно малых значений термодинамических движущих сил проведе­ния процесса.

Движущей силой процесса теплообмена является величина разности темпертаур AT (в), таким образом она должна быть близка к нулю на всем протяжении теплообменной поверхности тепло - обменного аппарата (на протяжении оси / на рис. 9.4, 9.5 и 9.8), то есть во всех точках аппарата и в любой момент времени. Естественно, случай AT - О может рассматриваться исключительно как теоретичес­кий, в реальных условиях АТ>0, однако соблюдение принципа AT-const в любом сечении аппарата способствует созданию тепло - обменного аппарата с минимальной степенью необратимости в процессе теплопередачи (с минимальной деструкцией эксергии).

Принцип 2. Ограничить случаи, а лучше - избегать, движения по одной трубе (каналу) потоков с различными температурами и/или давлением, и/или химическим составом.

Этот принцип актуален для крупных энергетических и химико-технологических систем и не встречается в холодильных машинах и тепловых насосах.

Принцип 3. Не отказываться категорически от использования каких-либо внешних источников тепла или охлаждения для гарантированного обеспечения заданных температур потоков.

Этот принцип относится к проектированию систем РТО, что будет рассмотрено далее. Следует помнить, что использование внеш­них источников тепла или охлаждения подразумевает дополнитель­ные эксплуатационные расходы, которые длжны быть учтены при определении стоимости всей системы РТО.

Принцип 4. Избегать случаев нагрева охлажденных потоков и охлаждения нагретых.

Принцип 5. При наличии выбора потоков для создания систе­мы регенеративного теплообмена необходимо объединять такие потоки, для которых температура выхода одного потока максимально приближена к температуре входа другого.

Принцип 6. Эффективность процесса теплообмена тем выше, чем ближе полные теплоемкости потоков.

Принцип 7. Ограничить использование промежуточных теп­лоносителей для осуществления теплообмена между двумя потоками.

Принцип 8. Чем больше разность между температурой нагре­ваемого (охлаждаемого) потока и температурой окружающей среды, тем важнее роль нагрева (охлаждения).

С точки зрения эксергетического анализа этот принцип может быть переформулирован следующим образом: эксергетическая ценность процесса нагрева (охлаждения) увеличивается с удалением температурного уровня работы теплообмениого аппарата от Тср (при Т>Тср или при Т<Тср).

Принцип 9. Экономическая эффективность работы тепло - обменного аппарата обратно пропорциональна термодинамической.

В этом принципе находим полное подтверждение выводов, полученных при рассмотрении рис. 9.12 и 9.15.

Принцип 10. Ограничить случаи дросселирования рабочего вещества перед регенеративным теплообменником.

Необходимость этого принципа вытекает из желания многих инженеров-проектировщиков уменьшить величину ЛТ путем дроссе­лирования потока, находящегося при повышенном давлении до некоторого давления, при котором AT—> min. Этот случай встречается в химико-технологических системах.

Принцип 11. При наличии больших массовых расходов рабо­чего вещества для создания системы РТО появляется возможность добиться максимальной обратимости процессов теплообмена.

Принцип указывает на то, что инженер-проектировщик обла­дает большой свободой выбора при создании системы РТО, однако необходимо стремиться к максимальной обратимости процесса теплопередачи.

Принцип 12. При проведении проектной оптимизации необ­ходимо использовать упрощенный эксергетический метод.

Этот принцип, в первую очередь, описывает те упрощения, которые были рассмотрены ранее, например, EL=О на стадии проектного анализа и оптимизации.

Принцип 13. В практической работе инженер-проектировщик должен использовать только те методы, основанные на Втором законе термодинамики, которые являются актуальными при решении конкретной задачи. Друг ие методы могут быть «временно забыты».

Примером может служить использование методов термо­экономики (эксергоэкономики) для решения задач предпроектного анализа и оптимизации теплообменных аппаратов, в то время как, например, использованием теории минимизации производства энтропии и термодинамики конечного времени поставленную задачу решить абсолютно невозможно (использование этих методов представляет излишнее наукообразие и затрудняет понимание проблемы оптимизации).