Evaluation of efficiency of heat exchanging devices built into the thermal cyclic machines

Abstract

The focus of this work is a method of exergy-economizing calculation for the recu- perative and regenerative heat-exchangers that are built-in the thermal cyclic ma- chines. The method is intended for the analysis of efficiency of a prospective design and material for the heat-exchanger that is incorporated into the closed thermody- namic cycle of thermal machines at the initial stage of designing.

Основна увага в цій роботі присвячується методу розрахунку енергоефективності для рекупераційних та регенеративних теплообмінників, що вбудовуються в теплових циклічних машинах. Метод призначений для аналізу ефективності перспективної конс- трукції та матеріалу для теплообмінника, який включений у закритий термодинамічний цикл теплових машин на початковому етапі проектування. Перевага ексергійно- економічного методу термодинамічного аналізу полягає в наступному: теплообмінники в теплових циклічних машинах мають істотно різні температури, тому передане тепло має різні енергетичні значення; аддиктивність ексергій дозволяє проводити окремий аналіз різного роду втрат незалежно один від одного, що врешті-решт дає змогу плану- вати конкретні дії для підвищення ефективності теплових циклічних машин. Ще однією важливою особливістю методу ексергії є пряме співвідношення параметрів ексергії з техніко-економічними характеристиками машин. Ексергія, що надходить в теплообмін- ник, передається для виконання корисної роботи і компенсації втрат, що є результатом незворотних процесів, а також переноситься на охолоджуючий теплоносій. Розгляда- ються наступні співвідношення: відповідно до рівняння теплової ексергії, середні зна- чення для циклу втрат ексергії (через наявність об'єму незайнятих теплообмінників, який був включений до об'єму робочого органу, який бере участь у реалізації термодинаміч- ного циклу ); втрати від ексергії внаслідок неідеальності теплообміну, спричиненої оста- точною різницею температур робочого тіла і сопла регенератора; втрати напруги через кінцеву різницю температур стінок рекуперативних теплообмінників та робочого орга- ну; втрати від напруги через наявності теплового потоку на рамі та на соплі регенерато- ра та втрати внаслідок відведення тепла в зовнішнє середовище. Ексергічний аналіз до- зволяє оцінити величину втрат енергії під час процесів регенерації тепла та відновлення від циклічної теплової машини як функцію від їх базових розмірів. Екзергічне постачан- ня постійно вимагає фінансових ресурсів, робочого часу людини та енергії, що відобра- жається на кінцевій вартості одиниці палива.