Оценка эффективности теплообменных аппаратов

Возможны различные виды оценки ТА. Одними из важнейших для практики являются экономические оценки в денежном выражении – через затраты на изготовление (приобретение) и эксплуатацию аппарата. Но их расчёт сложен, а значение зависит не только от конструкции ТА, но также от различных условий изготовления и эксплуатации, вплоть до общей экономической ситуации – цен на энергоносители, на землю и т.п. С инженерной точки зрения интересны технические критерии оценки, на которых и основываются экономические оценки.

Одним из главных видов оценки является критерий Кирпичёва

,

где – тепловой поток, передаваемый в ТА, Вт,

– мощность, затрачиваемая на прокачку теплоносителей через ТА, , Вт.

Величину можно считать энергетической эффективностью, или, ещё точнее, энергетической экономичностью. Чем больше значение , тем лучше теплообменник. Однако ясно, что судить о качестве, совершенстве теплообменников по значению правомерно только, если сравниваемые ТА решают одинаковую задачу, то есть работают на одинаковых теплоносителях в одинаковых температурных режимах, а именно теплоносители имеют одинаковые входные и выходные температуры. Достоинство в том, что он позволяет сравнивать ТА с разными расходами, с разной производительностью.

Используются и иные критерии энергетической эффективности, но они имеют более узкое, специальное применение, например, для оценки эффективности интенсификации.

Кроме энергетической экономичности, бывает нужно оценивать и другие характеристики. Например, размеры и масса (материалоёмкость) аппарата оцениваются параметрами , Вт/м³(компактность), и , Вт/кг, где – объём, занимаемый ТА, – его масса.

Для увеличения технической эффективности, например, кожухотрубчатых рекуперативных ТА выгодно применять трубы малого диаметра, размещая их в пучке с возможно меньшим шагом. Но уменьшение диаметра менее 12 мм существенно затрудняет эксплуатацию (чистку и ремонт) и изготовление, и в промышленных ТА применяют чаще всего трубы с диаметром 12÷16 мм. Поэтому, наряду с выбором эффективной схемы аппарата, необходимо применять оребрение поверхностей, интенсификацию теплообмена и т.д.

При увеличении скорости прокачки, применении оребрения или интенсификаторов одновременно с повышением обычно возрастает . Задача определения параметров ТА, обеспечивающих наиболее выгодные значения критериев эффективности (например, ), является основной задачей проектирования. Её можно рассматривать как оптимизационную задачу.

Контрольные вопросы

1. Приведите примеры теплообменных аппаратов (ТА).

2. Виды классификации ТА, их содержание.

3. Рекуперативные, регенеративные и смесительные ТА.

4. Классификация ТА по направлению потоков.

5. Характер распределения температур теплоносителей в прямоточных и противоточных ТА (нарисуйте графики).

6. Уравнение теплового баланса в ТА (через расходы и температуры теплоносителей).

7. Общий вид уравнения теплопередачи в ТА.

8. Смысл введения среднелогарифмического температурного напора при расчете ТА. Отличается ли формула напора для прямоточного и противоточного ТА?

9. Особенности проверочного и проектировочного расчета рекуперативного ТА. Какой из них сложнее?

10. Какая схема ТА эффективнее – прямоточная или противоточная?

11. Виды сопротивлений движению теплоносителей, чем они обусловлены?

12. Общий вид формул для расчета сопротивлений трения и местных сопротивлений.

13. Как можно оценить эффективность ТА?

14. Как повысить эффективность ТА?