Refrigeration Engineering and Technology

ISSN-print: 0453-8307
ISSN-online: 2409-6792
ISO: 26324:2012
Архiви

EN Термодинамічний аналіз теплообмінників у кріогенних системах

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

PDF (English)
Опубліковано жов 4, 2022
DOI https://doi.org/10.15673/ret.v58i3.2489

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

О.В. Троценко
Одеський національний технологічний університет, вул. Дворянська, 1/3, Одеса, 65082, Україна
https://orcid.org/0000-0003-1408-1764

Анотація

У статті розглядаються проблеми термодинамічного аналізу, пов'язані з теплообмінниками, які використовуються в кріогенній техніці. Для моделювання були обрані теплообмінники повіт­ророздільних та псевдозріджених установок високого та середнього тиску, що працюють на різних рівнях температуи. Існує багато ознак, за якими проводиться класифікація теплооб­мінників. До цих ознак належать такі факти, як кількість потоків робочої рідини, взаємний напрямок потоків робочих речовин, призначення апарату та ін. Ці особливості також пов'язані з конструкцією теплообмінників і програмним забезпеченням для проектування, яке містить термодинамічні розрахунки. Загальний термодинамічний підхід базується на рівнянні для значень термодинамічних характеристик ефективності та накладених на них обмежень. При ексер­гетичному методі аналізу відповідний баланс базується на рівнянні балансу енергії. На основі цього балансу можна безпосередньо визначити втрати від необоротності обраного об’єкта та його ексергетичну (термодинамічну) ефективність. В теплообміннику існують обидва типи втрат, але неможливо виявити внесок кожного типу в загальні втрати з використанням тільки ексенергетичного балансу. Це пов'язано з тим, що даний баланс складається для замкнутої контрольної поверхні, яка відображає фізичний об'єкт, а не логічних причин, пов'язаних з цим об'єктом. Водночас визначення технічних втрат є актуальною задачею, оскільки зміна термодинамічних параметрів, що регулюють ці втрати, є основою підвищення коефіцієнта термодинамічної ефективності аналізованої системи. Запропоновано метод і алгоритм розрахунку складових втрат від необоротності в цих теплообмінниках. Для розрахунку складових втрат для деяких двопотокових теплообмінників використано ексергетичний метод термо­динамічного аналізу. Представлено дослідження отриманих результатів розрахунку

Ключові слова:
Кріогенна технологія, Теплообмінник, Рівняння стану, Ексергетичний метод, Втрати від незворотності процесів

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Як цитувати
Троценко, О. (2022). EN Термодинамічний аналіз теплообмінників у кріогенних системах. Refrigeration Engineering and Technology, 58(3), 147-155. https://doi.org/10.15673/ret.v58i3.2489
Номер
Том 58 № 3 (2022)
Розділ
ТЕРМОДИНАМІЧНИЙ АНАЛІЗ ТА МОДЕЛЮВАННЯ

Посилання

1. Stankov, B., Alvarez, G., Youbi-Idrissi, M., et al. (2019) Cryogenic heat exchangers for process cooling and renewable energy storage: A review. Applied Thermal Engineering, 153(5), 275-290.
2. Venkatarathnam, G., Sunil Sarangi (1990) Matrix heat exchangers and their application in cryogenic systems. Cryogenics, 30(11), 907-918.
3. Randall F. Barron, Gregory F. Nellis (2016) Cryogenic Heat Transfer. CRC Press, 714.
4. Krichevsky, I.R. (1970) Concepts and foundations of thermodynamics. Moscow: Chemistry, 434.
5. Bazarov, I.P. (1983) Thermodynamics. Ed. 5th. Moscow: Higher school, 344.
6. Trotsenko, A.V. (2008) Thermodynamic idealization of processes and cycles of low-temperature systems. Industrial gases, 2, 56-61.
7. Usyukin, I.P. (1982) Installations, machines and apparatus for cryogenic technology. Part II. Moscow: Light and food industry, 296.
8. Trotsenko, A.V. (2003) Analysis of the perfor-mance of multi-stream heat exchangers. Industrial gases, 2, 9-15.
9. Baehr, H.D. (1973) Termodynamik. Springer-Verlag: Berlin-Heidelberg-New York, 48
10. Gokhshtein, D.P. (1963) Entropy method for calculating energy losses. Moscow: Gosenergoizdat, 103.
11. Ackermann, R.A. (1997) Regenerative Cryogenic Refrigerators. Part of the The International Cryogenics Monograph Series book series (ICMS). Springer: New York, 193-221.
12. Grigoriev, V.A., Krokhin, Yu.I. (1982) Heat and mass transfer apparatus for cryogenic technology. Moscow: Energoizdat, 312.
13. Silk, E.A. (2020) Introduction to Spacecraft Thermal Design. Cambridge: University Press, 586.
14. Kakac, S., Liu, H., Pramuanjaroenkij, A. (2020) Heat Exchangers: Selection, Rating, and Thermal Design. 4th ed. Boca Raton: CRC Press, 576.
15. Thulukkanam, K. (2013) Heat Exchanger Design Handbook. 2nd ed. USA: CRC Press, 1272.
16. Xu, M., Guo, J., Li, X. (2011) Thermodynamic Analysis and Optimization Design of Heat Exchanger. In book Advances in Transport Phenomena. Springer, 63-167.
17. Bodul, S.V., Taran, V.N. (2006) Algorithmization of calculations of cycles of cryogenic systems. Basic concepts and principles. Industrial gases, 4, 9-15.
18. Sinnott, R., Towler, G. (1999) Chemical Engineering Design. Butterworth-Heinemann, 1263.
19. Brodyansky, V.M, Semenov, A.M. (1980) Thermodynamic foundations of cryogenic technology. Moscow: Energy, 447.
20. Dincer, I., Cengel, Y.A. (2001) Energy, entropy, and exergy concepts and their roles in thermal engineering. Entropy, 3 (3), 116-149.
21. Trotsenko, A.V. (2017) Influence of heat inflows from the environment on exergy indicators of two-flow heat exchangers of a cryogenic system. Industrial gases, 1, 56-60.
22. Trotsenko, A.V. (2012) Formalized representation of design schemes for low-temperature systems. Industrial gases, 3, 60-64.
23. Dincer, I., Rosen, M.A. (2012) Exergy, Energy, Environment, and Sustainable Development. 2nd ed. Elsevier: Oxford, 576.
24. Rosen, M.A. (2002) Assessing energy technologies and environmental impacts with the principles of thermodynamics. Applied Energy, 72, 427-441.
25. Bejan, A. (1995) Entropy Generation Minimization. New York: CRC Press, 400.
26. Tsatsaronis, G. (2008) Recent developments in exergy analysis and exergoeconomics. International Journal of Exergy, 5, 489-499.
27. Bricmont, J. (2001) Chance in Physics: Foundations and Perspectives. Berlin: Springer, 292.
28. Purrington, R.D. (1997) Physics in the Nineteenth Century. New Brunswick, N.J.: Rutgers University Press, 272.
29. Trotsenko, A.V., Tabachnik, E.I. (1986) Method of analysis of q, T-diagrams of two-flow heat exchanger. Engineering physical journal, 1, 138-139.
30. Trotsenko, A.V. (2003) Analysis of the performance of multi-flow recuperative heat exchangers. Industrial gases, 2, 9-15.
31. Trotsenko, A.V. (2008) Determination of the components of exergy losses by the method of elimination. Refrigeration engineering and technology, 1, 40-45.
32. Pacio, J.C., Dorao, C.A. (2011) A review on heat exchanger thermal hydraulic models for cryogenic applications. Cryogenics, 51, 366-379.
33. Kamath, R., Biegler, L., Grossmann, I. (2012) Modeling multistream heat exchangers with and without phase changes for simultaneous optimization and heat integration. AIChE Journal, 58 (1), 190-204
34. Timmerhaus, K.D., Flynn, T.M. (1989) Cryogenic Progress Engineering. New York: Plenum Press, 614.
35. Larowski, A., Taylor, M.A. (1983) Systematic procedure for selection of heat exchangers. Journal of Power Energy, 197, 2-51.
36. Borzenko, E., Akulov, S., Budnevich, S. (1979) Calculation of cryogenic plants. Leningrad: Mechanical engineering, 368.
37. Borzenko, E., Akulov, S., Budnevich, S. (1972) Examples of calculations for deep cooling plants. Leningrad: Mechanical Engineering, 288.
38. Alekseev, V.P., Weinstein, G.E., Gerasimov, P.V. (1987) Calculation and modelling of apparatus for cryogenic installations. Leningrad: Energoatomizdat, 278
39. Trotsenko, A.V. (2002) Description of the thermodynamic properties of substances by equations of state of the van der Waals type. Industrial gases, 1, 52-57
40. Trotsenko, A.V. (2002) Equation of state of technical gases. Industrial gases, 2, 57-62.
41. Wilson, G.M. (1964) Vapor - liquid equilibria correlation by means of modified Redlich - Kwong equation of state. Advances in Cryogenic Engineering, 27(6), 1197-1203.