Анализ термодинамической эффективности охлаждающей системы в целом можно провести на основе эксергетического баланса:
(1)
где - подведенные к системе эксергии различных видов; - отведенные от системы эксергии; - потери эксергии; - внутренние потери эксергии, связанные с необратимостью процессов, протекающих внутри системы (потери от гидравлических сопротивлений, неравновесных тепло- и массообмен и т.д.); - внешние эксергетические потери, связанные с условиями взаимодействия системы с окружающей средой (неиспользуемая энергия потоков веществ, выходящая из системы) [2].
Расчет эксергетических потерь в процессах можно определить по уравнению Гюи - Стодолы. Общие потери эксергии от необратимости процесса теплообмена и гидравлических сопротивлений в радиаторе можно выразить в следующем виде
, (2)
где – потери эксергии и вследствие теплообмена при конечной разности температур теплоносителя и окружающего воздуха; - потеря эксергии вследствие гидравлического сопротивления радиатора.
Также потери эксергии напрямую зависят от скорости теплоносителя и площади охлаждающей поверхности радиатора [1, 2]. С увеличением скорости охлаждающей жидкости растет и коэффициент теплопередачи через стенки радиатора в окружающую среду. Это приводит к уменьшению средней разности температур теплоносителя и воздуха и, как результат к снижению эксергетических потерь от конечной разности температур [3]. При этом гидравлическое сопротивление в трубках радиатора возрастает, следовательно, повышается производство энтропии, что приводит к эксергетическим потерям (рисунок 1).
Рисунок 1 - Зависимость отдельных составляющих потерь эксергии , от скорости теплоносителя или поверхности теплообмена
Влияние охлаждающей поверхности радиатора Fпов на эксергетические потери ∆Еq и ∆Еξ аналогично влиянию скорости теплоносителя Vт. С увеличением величины поверхности уменьшается средняя разность температур теплоносителя и воздушного потока, что приводит к снижению эксергетических потерь от конечной разности температур ∆Еq [2]. Потери ∆Еξ, наоборот, увеличиваются, так как с ростом площади поверхности повышаются потери от гидравлического сопротивления ξ охлаждающего теплообменника. Кривая, изображающая изменение суммарных эксергетических потерь ∑∆Е в зависимости от Vт и Fпов, носит экстремальный характер. Если при оценке эффективности работы теплообменника не учитывать никаких затрат, кроме перечисленных, то оптимальные значения параметров Vт и Fпов соответствуют минимуму на кривой эксергетических потерь [3].
Таким образом, существует реальное научное противоречие, состоящее в необходимости повышения эффективности рабочего цикла, мощности и экономичности, с одной стороны, и обеспечении ограничения параметров по тепловой напряженности, затрат мощности на привод вентилятора - с другой.
Список использованных источников
Зейнетдинов Р.А. Теоретические основы энтропийно-статистического анализа энерготехнологических процессов в поршневых двигателях //Монография, СПб: СПБГАУ, 2011. - 155 с.
Зейнетдинов Р.А. Основы энтропийного анализа энергетических потерь в системе охлаждения поршневых двигателей //Сб. научн. трудов международной конференции Двигатель -2010, посвященной 180 – летию МГТУ им. Н.Э.Баумана,- М.:МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2010. – С.257 – 261.
Зейнетдинов Р.А. Эксергетические потери в охлаждающей системе поршневых энергоустановок при необратимых процессах //Известие СПбГАУ, № 39 СПб.:-2015.
3