IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Среди существующих подходов разработки методики анализа энергоэффективности тепломассообменных процессов в системе охлаждения является эксергетический метод анализа. Эта методика весьма перспективная при оценке термодинамического совершенства энерготехнологических систем. Данный метод позволяет оценить потери работоспособности (эксергетические потери) и степень эффективности технических систем, а также предусмотреть пути их совершенствования. Анализ эксергетических потерь в различных необратимых процессах представляет интерес еще и тем, что эти потери неизбежно переходят в окружающую среду, тем самым характеризуя тепловые загрязнения атмосферы.

Анализ термодинамической эффективности охлаждающей системы в целом можно провести на основе эксергетического баланса:

(1)

где - подведенные к системе эксергии различных видов; - отведенные от системы эксергии; - потери эксергии; - внутренние потери эксергии, связанные с необратимостью процессов, протекающих внутри системы (потери от гидравлических сопротивлений, неравновесных тепло- и массообмен и т.д.); - внешние эксергетические потери, связанные с условиями взаимодействия системы с окружающей средой (неиспользуемая энергия потоков веществ, выходящая из системы) [2].

Расчет эксергетических потерь в процессах можно определить по уравнению Гюи - Стодолы. Общие потери эксергии от необратимости процесса теплообмена и гидравлических сопротивлений в радиаторе можно выразить в следующем виде

, (2)

где – потери эксергии и вследствие теплообмена при конечной разности температур теплоносителя и окружающего воздуха; - потеря эксергии вследствие гидравлического сопротивления радиатора.

Также потери эксергии напрямую зависят от скорости теплоносителя и площади охлаждающей поверхности радиатора [1, 2]. С увеличением скорости охлаждающей жидкости растет и коэффициент теплопередачи через стенки радиатора в окружающую среду. Это приводит к уменьшению средней разности температур теплоносителя и воздуха и, как результат к снижению эксергетических потерь от конечной разности температур [3]. При этом гидравлическое сопротивление в трубках радиатора возрастает, следовательно, повышается производство энтропии, что приводит к эксергетическим потерям (рисунок 1).

Рисунок 1 - Зависимость отдельных составляющих потерь эксергии , от скорости теплоносителя или поверхности теплообмена

Влияние охлаждающей поверхности радиатора F_пов на эксергетические потери ∆Е_q и ∆Е_ξ аналогично влиянию скорости теплоносителя V_т. С увеличением величины поверхности уменьшается средняя разность температур теплоносителя и воздушного потока, что приводит к снижению эксергетических потерь от конечной разности температур ∆Е_q [2]. Потери ∆Е_ξ, наоборот, увеличиваются, так как с ростом площади поверхности повышаются потери от гидравлического сопротивления ξ охлаждающего теплообменника. Кривая, изображающая изменение суммарных эксергетических потерь ∑∆Е в зависимости от V_т и F_пов, носит экстремальный характер. Если при оценке эффективности работы теплообменника не учитывать никаких затрат, кроме перечисленных, то оптимальные значения параметров V_т и F_пов соответствуют минимуму на кривой эксергетических потерь [3].

Таким образом, существует реальное научное противоречие, состоящее в необходимости повышения эффективности рабочего цикла, мощности и экономичности, с одной стороны, и обеспечении ограничения параметров по тепловой напряженности, затрат мощности на привод вентилятора - с другой.

Список использованных источников

1. Зейнетдинов Р.А. Теоретические основы энтропийно-статистического анализа энерготехнологических процессов в поршневых двигателях //Монография, СПб: СПБГАУ, 2011. - 155 с.

2. Зейнетдинов Р.А. Основы энтропийного анализа энергетических потерь в системе охлаждения поршневых двигателей //Сб. научн. трудов международной конференции Двигатель -2010, посвященной 180 – летию МГТУ им. Н.Э.Баумана,- М.:МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2010. – С.257 – 261.

3. Зейнетдинов Р.А. Эксергетические потери в охлаждающей системе поршневых энергоустановок при необратимых процессах //Известие СПбГАУ, № 39 СПб.:-2015.

3

Код для цитирования: Скопировать