Розрахунок ексергетичної ефективності поверхневого теплообмінника

Вихідні дані:

Р_1г , Т_1г - тиск і температура газу на вході до теплообмінника;

Р_2г , Т_2г - тиск і температура газу на виході з теплообмінника;

Р_1р , Т_1р - тиск і температура рідини на вході до теплообмінника;

Р_2р , Т_2р - тиск і температура рідини на виході з теплообмінника;

V_1г - об'ємна витрата газу за умовами входу до теплообмінника;

m_р - масова витрата рідини;

Q_н.с. - відносна втрата теплоти у навколишнє середовище

Визначити:

• витратні характеристики матеріальних потоків;
• зміну ексергії та ексергетичну ефективність апарату

Загальні додаткові дані:

• розрахункові значення параметрів навколишнього середовища прийняти наступними: Р_н.с. = 100 кПа, Т_н.с. = 273 К
• Теплофізичні властивості мастил наведені у таблиці:

Порядок проведення розрахунку

Визначаємо витратні характеристики матеріальних потоків:

• У теплообміннику газ нагріває рідина, тому навантаження на теплообмінник з боку газу Q_г = ρ_г × V_1г × C_г × (t_1г - t_2г), кВт, де

густина газу ρ_г = Р_1г / (R × T_1г), кг / м³

масова газу m_г = ρ_г × V_1г , кг/с

середня температура t = 0,5 × (t_1г + t_2г), °С

середня теплоємність визначається з таблиць для відповідного газу при середній температурі t, C_г , кДж / (кг × К)

• навантаження на теплообмінник з боку рідкого теплоносія Q_р = (1 - Q_н.с.) × Q_г , кВт
• Масова витрата рідини m_р = Q_р / (C_р × (t_2р - t_1р)), кг/с, де

середня температура t = 0,5 × (t_1р + t_2р), °С

середня теплоємність визначається з таблиць для рідини при середній температурі t, C_р , кДж / (кг × К)

Визначаємо зміну ексергії та ексергетичну ефективність апарату:

• ε_ТО = Е_Р / Е_F , де

Е_Р - ексергія потоку продукту, Е_Р = Е_1г - Е_2г, кВт,

Е_F - ексергія потоку палива, Е_F = Е_2р - Е_1р , кВт

• Е_1г - Е_2г = m_г × (е_1г - е_2г) = С_ср1 × (t_1г - t_2г) - T_н.с. × (С_ср1 × ln (T_1г / T_2г) - R × ln (P_1г / P_2г))
• Е_2р - Е_1р = m_р × (е_2р - е_1р) = С_ср2 × (t_2р - t_1р) + (P_2р - P_1р) / ρ_р - T_н.с. × С_ср2 × ln (T_2р / T_1р)