разное

Термодинамические модели теплообменных аппаратов

Для определения деструкции и потерь эксергии в тепло- обменном аппарате используют термодинамические модели тепло - обменных аппаратов. Поскольку графическая интерпретация всегда упрощает восприятие аналитических рассуждений - рассмотрим рис.9.16. Для упрощения сделаем предположение, что рассматри­ваемый теплообменный аппарат работает при температурах выше температуры окружающей среды.

Модель «тепловые двигатели» была предложена В. Фратшером и Ф. Отте (Германия) в 1965 году (рие.9.16а). В соответствии с их предположением существуют два тепловых двигателя, которые работают в температурном диапазоне между температурой каждого теплового потока в теплообменном аппарате (Н (hot) - горячий поток, С (cold) - холодный поток) и температурой окружающей среды. В этом случае каждый тепловой двигатель производит работу, которая определяется как

(9.14а) (9.146)

Для эксергетического анализа ур.(9.14) необходимо переписать, используя средние величины температур потоков (Т)" и Г™), которые в дальнейшем необходимы для определения соответствующих температурных факторов Карно ()"] и О'"

Разница между работами, произведенными в двух тепловых двигателях, есть работа, которая в эксергетическом анализе эквива­лента деструкции эксергии в процессе теплопередачи Edjo-W**"W0.

В этом случае большее значение эксергии представляет эк­сергию топлива, а меньшее значение - эксергию продукта. Понятно, что для теплообменного аппарата, работающего при температурах выше Тср топливом выступает тепло, отнимаемое от горячего потока (Н), продуктом - тепло, передаваемое холодному потоку (С). Эксер­гетическая эффективность теплообменного аппарата, как любого элемента, определяется по ур.(2.60).

Величина деструкции эксергии запишется как

Ed. to = Efjo ~ ЕРjo = w* - \f=aw

Введем в модель «тепловые двигатели» дополнительное условие анализа - Еито. Будем считать, что работа, произведенная тепловым двигателем (ур.(9.14)) есть «работа брутто»[33], тогда «работа нетто» составит

<mmo=W6%mmo-AWH, (9.17а)

W, Lmo=Ky™o-AWC ■ (9-176)

Величины АУҐ и могут быть также описаны через КПД тепловых двигателей как

(9.18а)

WL™ =Ку™оЧС - (9-186)

При любом представлении (ур. (9.17) или ур. (9.18)) величины

AW"

И AW° в сумме описывают потери эксергии в теплообменном аппарате Е^то - Абсолютное значение потерь эксергии Еито может быть определено только тогда, когда известна конструкция тепло - обменного аппарата, т. е. может быть определен тепловой контакт любого потока с окружающей средой.

Например, для кожухотрубных теплообменных аппаратов (рис.9.За, б) потери эксергии (Е^тсФО) наблюдаются только для потока, проходящего в межтрубном пространстве.

Модель «термотрансформатор» была предложена Д. Самой (США) в 1992 году. В основу модели положено предположение, что существует термотрансформатор, состоящий из теплового двигателя и теплового насоса. Тепловой двигатель работает в диапазоне температур горячего потока (Н) и окружающей среды (Тср). Тепловой насос работает в диапазоне температур окружающей среды (Тср) и холодного потока (С). В этом случае работа, которую вырабатывает тепловой двигатель W**, потребляет тепловой насос W*7. Разность между работой, произведенной тепловым двигателем, и работой, потребленной тепловым насосом, есть величина AW которая эквивалентна деструкции эксергии в теплообменном аппарате, т. е.

Едго^-И^.

Введем в рассмотрение величины AW11 и которые будем ассоциировать с величиной деструкции эксергии Еито. В этом случае полная эксергетическая модель теплообменного аппарата записыва­ется как

KUo =WC2+AWC2+ AW"', (9.19)

Где W11 - работа «брутто», выработанная тепловым двигателем в соответствии с ур.

(9.14а); V^ - работа «брутто», затраченная

Тепловым насосом

(9.20)

1С 1 ср

Величина потерь эксергии эквивалентна Е^ То==Л W^-A где AWн - эквивалент потерь эксергии при контакте горячего потока с окружающей средой; АЦ^ - эквивалент потерь эксергии при контакте холодного потока с окружающей средой

С точки зрения эксергетического анализа традиционного двухпоточного теплобменного аппарата, обе модели равноценны по сложности расчета и степени восприятия. Для эксергетического анализа многопоточных теплообменников модель «термотрансфор­матор» обладает многими преимуществами, что доказано Т. В.Моро - зюк с соавторами в 2002 году.