11.10. Якими типовими математичними моделями можна представити процес теплообміну?
При математичному описі теплообмінних процесів використовують рівняння матеріального та енергетичного балансів, руху рідинних і газових потоків, а також теплопередачі. Процес теплообміну можна представити типовими математичними моделями: ідеального перемішування, ідеального витиснення, комірочної, дифузійною та їхніми різними комбінаціями.
11.11. Яким чином визначаються економічні показники використання теплообміного обладнання в промисловості?
Одним з основних показників порівняльної економічної ефективності технологічних процесів є наведені витрати
де Ст — собівартість виробництва готової продукції; К — капітальні вклади у виробничі фонди; ЕН = 1/ Tн — нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладів; Тн— нормативний строк окупності капітальних вкладень.
11.12. Які вимоги висуваються стосовно відношення різниці температур гарячого і холодного теплоносіїв на вході і виході теплообмінників?
Залежність між зміною температур кожного теплоносія на вході і виході має вигляд
де Vг , VX — об'ємні витрати гарячого і холодного теплоносіїв, м3 /с; Vнаг, Vоx — об’єми камер нагрівання і охолодження, м3 .
Зображення процесу теплообміну моделлю ідеального перемішування припустимо за умови, якщо відношення різниці температур гарячого і холодного теплоносіїв на вході і виході дорівнює або менше двох
Вихідними характеристиками процесу теплообміну є температури холодного і гарячого агентів x(в их), г(в их) t t та їхні фізичні властивості, що змінилися в результаті нагрівання - охолодження. Характеристиками процесу можуть бути кількість теплоти, переданої від гарячого теплоносія до стінки Q1, втрати теплоти в навколишнє середовище Qnот і кількість теплоти, сприйнята холодним агентом Q2, коефіцієнт корисної дії η , вартість нагрівання одиниці маси рідини E 1 та ін.
11.13. Які режимні та конструктивні параметри теплообмінників формують їх динамічні властивості як об’єктів автоматичного керування?
Тепловий конструктивний розрахунок проводять спільно з компоновочним, гідравлічним, механічним і техніко-економічним розрахунками. В ході компоновочного розрахунку визначаються основні співвідношення між площею поверхні теплообміну і геометричними розмірами апарату. При виконанні гідравлічного розрахунку знаходять гідравлічний опір при транспорті теплоносіїв в теплообмінному апараті і вибирають перекачуване обладнання.
Механічний розрахунок проводять для оцінки міцності, жорсткості елементів теплообмінника, надійності їх з'єднань при статичних (від тиску) і динамічних (від вібрації) навантаженнях на всіх передбачених режимах роботи.
11.14. За якими критеріями здійснюється оптимізація функціонування теплообмінників?
Як критерії оптимальності, можуть бути прийняті площа теплообміну, маса, об'єм, коефіцієнт корисної дії, відношення теплового потоку до енергії, витраченої на подолання гідравлічних опорів. Ці часткові або узагальнені характеристики теплообмінника відбивають окремі сторони процесу нагрівання - охолодження. Основною вимогою до роботи теплообмінників є висока економічність, а критерієм оптимальності можуть бути інтегральні (економічні) показники.
Отже, оптимальних (у цьому випадку найменших) витрат можна досягти на основі оптимізації часткових або узагальнених показників. Тоді оптимізація теплообмінника може бути представлена послідовно і однозначно процедурою, що виконується у вигляді алгоритму.