Термодинамічний аналіз процесу відкладання забруднень в проточному конденсаторі

Abstract

Працездатність і ефективність теплообмінного апарату залежить від відповідності розрахункових робочих параметрів і реальних умов його експлуатації. В роботі здійснено пошук інструментарію, який дозволив сформувати загальний підхід до прогнозування відкладів в різних типах теплообмінників з різними робочими рідинами. Пошук побудований на розгляді відкладання усередині труби проточного конденсатора у вигляді пористої структури. Представлена модель механізму формування відкладання в трубі у вигляді декількох етапів. Початковий етап – заповнення шорсткостей в матеріалі труби, другий і третій – ущільнення шару різними способами з утворенням гетерогенної пористої структури, у яку проникає робоча рідина. На останньому етапі ущільнення відбувається зменшення проникності до стану гетерогенної пористої речовини, яка є непроникною для рідини. Процеси в структурі досліджені методами прикладної нерівноважної термодинаміки, зокрема, методом «мінімізації виробництва ентропії» в наведених параметрах. Розв'язана задача визначення впливу відкладання на величину необоротних втрат в проточному конденсаторі, простежуючи виробництво ентропії потоком води. Умовно потік води розділений на два, що рухаються паралельно. Нерівноважність і незворотність головного потоку обумовлені в'язкою течією рідини, що містить тверді частки, і масообміном на його кордоні. Нерівноважність і незворотність в шарі пористої структури визначені теплопровідністю твердого скелету і потоку рідини. Задача вирішена методом чисельного моделювання, в основі якого закони збереження маси, зміни внутрішньої енергії, перший і другий закони термодинаміки. Рішення отримано в загальному вигляді з використанням наведених параметрів. На окремому прикладі використані результати натурних випробувань руху води різної жорсткості в циліндричній трубі. Застосування запропонованого методу аналізу на стадії проектування теплообмінного апарату дозволить врахувати реальні умови експлуатації і спрогнозувати міжремонтні терміни