Потери эксергии от гидравлических сопротивлений

Стр 1 из 2Следующая ⇒

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт ИПР

Кафедра ОХТ

Эксергетический анализ теплообменного аппарата

Лабораторная работа №1 по дисциплине «Проектирование энерго- и ресурсосберегающих производств»

Вариант 6

Выполнил студент гр. 2К02 _ _______ Ле Куок Фам

^{Подпись Дата И.О.Фамилия}

Руководитель ассистент каф. ОХТ_ ________ _____ Троян А.А.

^{Должность} ^{Подпись Дата И.О.Фамилия}

Томск – 2014

Цель работы: Эксергетический анализ процесса теплообмена в теплообменнике типа «труба в трубе» на основании экспериментального исследования процесса теплообмена.

Теоритическая часть

Способы определения эксергетического КПД теплообменника

Термодинамический анализ, основанный на балансовых уравнениях эксергии, позволяет получить количественную характеристику степени совершенства термодинамического процесса. Как было отмечено во введении общим критерием при эксергетическом анализе является эксергетический КПД, который для технологического аппарата, не производящего механической работы, может быть определен по следующему уравнению:

η_ЭКС = Е_ВЫХ/ Е_ВХ

где Е_ВЫХ– поток эксергии на выходе из аппарата;

Е_ВХ– поток эксергии на входе в аппарат

В обратимом (идеальном) процессе эксергетический КПД имеет максимальное значение η_ЭКС = 1, в реальных процессах его значение изменяется в пределах от 0 до 1. Эксергия продуктов может быть вычислена с учетом потерь эксергии ΣD, когда эксергия на выходе из аппарата определяется следующим образом:

Е_ВХ = Е_ВЫХ – ΣD,

а эксергетический КПД теплообменного аппарата определяют по

уравнению:

где ΣD– суммарные потери эксергии в теплообменном аппарате, Вт;

Виды потерь эксергии

Определение потерь эксергии, не характеризуемой энтропией, не представляет трудности, поскольку она равна потере соответствующего вида энергии. В теплообменном аппарате причиной потерь энергии является увеличение энтропии системы. Поэтому для определения всех видов потерь можно использовать уравнение Гюи-Стодолы:

D i = Т0 ΔSi ,

где ΔSi = Gi Δs – приращение энтропии, обусловленное потерями i-го вида, Вт/К; D i – поток потерь эксергии i-го вида, Вт.

Поток потерь эксергии i-го вида можно определить по уравнению:

D i = Т0 Si ,

где Si – параметр, характеризующий скорость возникновения энтропии i-го вида, Вт/К.

В общем случае потери эксергии в теплообменном аппарате представляют собой сумму четырех потерь: конечной разности температур DΔТ, гидравлических сопротивлений DΔР, теплообмена с окружающей средой DОС и потерь, вызванных теплопроводностью вдоль теплообменника. Обычно в теплообменниках ЭХТС последние потери минимальны, поэтому ими пренебрегают и определяют потери эксергии в теплообменном аппарате по следующему выражению:

Σ D = DΔТ + DΔР + DОС,

где DΔТ - потери эксергии от конечной разности температур, Дж;

DΔР - потери эксергии на гидравлические сопротивления, Дж; DОС - потери эксергии от теплообмена с окружающей средой.

Потери эксергии от конечной разности температур

Потерю эксергии потока в теплообменнике от конечной разности температур для аппарата, где теплообмен протекает при фазовых превращениях, т.е. при постоянных температурах Т1 и Т2, рассчитывают по уравнению:

где Q – тепловой поток с учетом тепловых потерь, Вт; Т1 и Т2 – температуры теплоносителей, К; Т0 – температура окружающей среды, К.

Если в процессе теплообмена температуры теплоносителей изменяются по мере их движения вдоль поверхности теплообмена, то необходимо предварительно вычислить их средние значения

где Т′ и Т′′ - температуры теплоносителей на входе и выходе из теплообменного аппарата.

Потерю эксергии от конечной разности температур при теплообмене с изменением температур вдоль теплообменника определяют по уравнениям:

Из уравнений следует, что при повышении температурного напора в теплообменнике потери эксергии от конечной разности температур снижаются.

Потери эксергии от гидравлических сопротивлений

Потери эксергии от гидравлических сопротивлений обусловлены движением теплоносителей в аппарате. Так как работа нагнетательных устройств (насосов, компрессоров, газодувок и т.п.) затрачивается на движение теплоносителей в теплообменнике (на преодоление сил сопротивления и трения). То следовательно потери эксергии от гидравлических сопротивлений можно определить по следующему выражению:

DΔР = Z1 + Z2,

где Z1 и Z2 – работа нагнетательных устройств теплоносителей 1 и 2, Вт.

С другой стороны для большинства теплообменных аппаратов изменением кинетической энергии потоков сред можно пренебречь по сравнению с изменением энтропии, т.е. возникающее в теплообменниках падение давления не приводит к заметному изменению движения сред и следовательно служит только для преодоления сопротивления трения. Возрастание удельной энтропии за счет изменения давления можно определить:

· для идеальных газов:

для жидкостей:

Тогда поток потерь эксергии от гидравлических сопротивлений определяют для газовых и жидких теплоносителей по следующим уравнениям

где β – коэффициент объемного (термического) расширения (для идеального газа β = 1/Т, а для жидкостей определяют из справочника), 1/К; R - характеристическая газовая постоянная теплоносителя, Дж/(кг К); ρ – плотность теплоносителя кг/м3.

Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 72; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!