Підвищення енергоефективності теплообмінників прямого потоку

Анотація

Стаття присвячена розробці методу визначення мінімальної поверхні взаємодії в системі теплообмінних апаратів. Проведено порівняльний аналіз прямоточного і протиточного видів теплообміну стосовно створення систем забезпечення температурних режимів, для яких визначальними є масогабаритні характеристики. Показано, що основна характеристика ефективності при проектуванні та моделюванні теплообмінних апаратів, що заснована на температурному поданні, не може бути застосована для апаратів з фазовим переходом. Запропоновано визначення ефективності як енергетичної характеристики процесу обміну енергією взаємодіючих потоків. Зіставлення енергії, що прийнята поглинаючим потоком від потоку що гріє дозволило визначити енергетичний потенціал в теплообмінному апараті. Введення енергетичної ефективності дало можливість обґрунтувати зв'язок між ефективністю прямоточних і протиточних теплообмінних апаратів з виходом на конструктивні і теплофізичні вимоги. Аналіз аналітичних співвідношень показав, що при оцінці термічних напружень, що виникають в апаратах, істотну роль грає визначення середніх значень по поверхні температур теплоносіїв. Показано, що протиточний теплообмінний апарат являє граничний випадок мінімізації площі теплообміну. Проаналізовано підвищення ефективності прямоточних теплообмінних апаратів за рахунок секціонування і показана можливість підвищення ефективності прямоточних теплообмінників. Результати досліджень вказують не тільки на топологічну еквівалентність системи прямоточних апаратів одному протиточному, але і на можливість побудови секційної системи апаратів з послідовним з'єднанням її елементів з ефективністю рівній ефективності протиточних апаратів. Для побудови секційної системи прямоточних апаратів запропонований рекурсивний алгоритм. Розроблений метод може бути використаний при створенні систем автоматизованого проектування теплообмінних апаратів складних хімічних виробництв.