热质交换设备的性能评价.pptVIP

热质交换设备的性能评价 吕静 2008.12.24 评 价 方 法 热质交换设备的单一性能评价法 传热量与流动力损失相结合的热性能评价法 熵分析法 火用分析法 纵向比较法 两指标分析法 热经济学分析法 （1）热质交换设备的单一性能评价法 长期以来，对于热质交换设备的热性能，采用了单一性能的指标，如：冷、热流体各自的温度效率： Ec=冷流体温升/两流体进口温差 Eh=热流体温降/两流体进口温差 热交换器效率：ε=Q/Qmax 及传热系数K和压力降ΔP等。 优点：直观地从能量的利用或消耗角度描述了热质交换设 备的传热或阻力性能，给实用带来方便，易为用户接受 不足之处：只是从能量利用的数量上和能量利用的某一个方面来衡量其热性能，因此应用上有局限性 (2) 传热量与流动力损失相结合的热性能评价法 以消耗单位流体输送功率N所得传递的热量Q，即Q/N作为评价热质交换设备性能的指标。 优点：将传热量与阻力损失结合在一个指标中加 以考虑 不足之处：只能从能量利用的数量上来反映热质交换设备的热性能 (3) 熵分析法 原理：由热力学第二定律知，对于热质交换设备中的传热 过程，由于存在着冷、热流体间的温度差以及流体流动中的压力损失，必然是一个不可逆过程，也就是熵增过程。 这样，虽然热量与阻力是两种不同的能量形态，但是都可以通过熵的产生来分析它们的损失情况。 本杰(Bejan A)提出使用熵产单元数Ns (Number of Entropy Production Units)作为评定热质交换设备热性能的指标。他定义Ns为热质交换设备系统由于过程不可逆性而产生的熵增ΔS与两种传热流体中热容量较大流体的热容量Cmax之比，即 Ns=ΔS/Cmax 其中 式中，m为质量流率；ρ为流体密度；q为单位长度上传热量；p为流体压力，T为流体的绝对温度；ΔT为壁温与流体温度差。 优点：①指导热质交换设备的设计，使它更接近于热力学上的理想情况； ②可以从能源合理利用角度来比较不同型式热质交换设备传热和流动性能的优劣。 摩阻产生的熵增 热阻产生的熵增 通过熵分析法，采用热性能指标Ns把ΔT及ΔP所造成的影响都统一到系统熵的变化这一个参数上来考虑，无疑在热质交换设备的性能评价方面是一个重要进展，因为它将热质交换设备的热性能评价指标从以往的能量数量上的衡量提高到能量质量上的评价，这特别对于一个接入热力系统中的热质交换设备来说更具有实际意义。 (4) 火用分析法 热交换器的火用效率定义为： 式中，E1,i、El,0为分别为热流体流入,流出的总火用;E2,i、E2,0为分别为冷流体流入、流出的总火用。 此火用效率还可表达为三种效率的乘积： 其中， 为热交换器的热效率，即为冷流体的吸热量Q2与热流体的放热量Q1之比，它反映了热交换器的保温性能： 及 分别为热交换器的温度火用效率与压力火用效率： 式中 T0、T1、T2—分别为环境温度、热流体放热的平均温度和冷流体吸热的平均温度； φ2—由于流动阻力引起的冷流体的火用损失Ir2 与它吸 收的热流火用EQ2的比值： ε2=Ir2/EQ2； φ1—由于流动阻力引起的热流体的火用损失Ir1与它放出的 热流火用EQ1的比值： ε1=Ir1/EQ1 与熵分析法的比较 相同点：都是从能量的质量上综合考虑传热与流 动的影响，而且都能用于优化设计。 不同点：①熵分析法是从能量的损耗角度来分析，希望Ns值愈小愈好； ②火用分析法是从可用能的被利用角度来分析，希望值愈大愈好； ③Ns并未表示出由于摩阻与温差而产生的不可逆损失与获得的可用能之间的正面关系，实用上不够方便。 (5) 纵向比较法 纵向比较法是专门对具有强化传热表面的热交换器热性能评价的一种方法。这一方法是按强化目的分类．进行单项性能的比较。例如，威伯(Webb R.L.)在总结和分析前人工作的基础上，提出了一套较为完整的性能评价判据PEC (Performance Evaluation Criteria)。他把热质交换设备的传热强化分成三种目的——减少表面积、增加热负荷和减