Вторичные эффекты в низкотемпературных теплообменных аппаратах

Инженерный журнал: наука и инновации

# 4·2017 1

УДК 62-91 DOI 10.18698/2308-6033-2017-4-1603

Вторичные эффекты в низкотемпературных

теплообменных аппаратах

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, 105005, Россия

Рассмотрена проблема вторичных эффектов в низкотемпературных теплооб-

менных аппаратах. Проведено расчетное исследование влияния теплопритока из

окружающей среды и осевой теплопроводности теплопередающей стенки на эф-

фективность работы теплообменных аппаратов с целью выявления области без-

размерных чисел, внутри которой вторичные эффекты оказывают существенное

влияние на теплообмен. Исследованы стационарные режимы работы двухпоточ-

ного прямоточного и двухпоточного противоточного теплообменных аппаратов

типа «труба в трубе». Приведены классическая и уточненная математические

модели теплообмена в теплообменном аппарате, получены аналитические реше-

ния приведенных систем дифференциальных уравнений. Определены значения без-

размерных комплексов чисел единиц переноса теплоты, модифицированных чисел

Био и других факторов, при которых пренебрежение вторичными факторами

приводит к потере точности используемой расчетной модели.

Ключевые слова:

теплообменный аппарат, осевая теплопроводность, число еди-

ниц переноса теплоты, теплоприток из окружающей среды, вторичные эффек-

ты, математическая модель

При расчете и проектировании теплообменных аппаратов низко-

температурной техники теплоприток и осевую теплопроводность

вдоль стенки каналов теплообменного аппарата, называемые вторич-

ными эффектами, обычно не учитывают, однако влияние этих факто-

ров в некоторых случаях весьма значительно [1–6]. Эти факторы ве-

дут к увеличению недорекуперации в теплообменном аппарате, что

означает потери «холода» для установки, а значит, и дополнительные

потери электроэнергии [7]. Классический расчет теплообменного ап-

парата не подразумевает учета вторичных эффектов, что связано с

трудоемкостью решения сложных дифференциальных уравнений. На

практике неточность расчета устраняют при изготовлении теплооб-

менного аппарата добавлением запаса по площади теплообмена, тем

самым нивелируя влияние вторичных эффектов и достигая требуемо-

го режима работы теплообменного аппарата.

Однако при этом не оценивается степень влияния вторичных эф-

фектов, обычно запас по теплообменной площади — величина фикси-

рованная (равная примерно 1,4). Из этого вытекают две проблемы:

1) если влияние вторичных эффектов очень велико, данный запас может

быть слишком мал и теплообменный аппарат не выйдет на требуемый