逆流换热器热力学优化的应用

目前关于换热器的研究大概有两块领域，一是换热器传热强化的研究，主要目的是提高换热器流体和固壁间的对流换热系数，进而提高换热器的效能。二是从可用能的角度研究换热器的热力学优化，包括换热器的嫡产分析、换热器火用效率分析，从使换热过程不可逆性最小的角度来优化换热器。提出换热器温差场均匀性原则，进而从数值解、解析解和实验三方面进行了验证，并应用它得到了提高换热器效能的新方法，同时阐明它以热力学第二定律为理论基础。将此原则指导叉流换热器换热强化，通过重新分配换热面积或改变管路连接方式来实现换热的强化。

对于换热方式己定的逆流换热器，通过改变传热单元数NTU和热容量比W来做优化时，可以应用此原则对已有的优化方法作比较选择。己有的两类换热器热力学优化的方法，从目标函数来看，大概有两类：一是研究传热过程的嫡产，二是定义火用效率做分析。当NTU一定，W变化时，W为1，换热器性能最佳。W不变，NTU变化时，对于逆流换热器，嫡产生数Ns随NTU的增大而单调减小。分析考虑换热器阻力的火用效率刀，得到：对于逆流换热器，NTU不变，w变化时，刀在w近似为l时取得最大；w不变，NTU较大时，随着NTU的增加，刀越来越低。由此，在w不变，NTU变化时，火用效率分析和嫡产分析得到了相反的结论。

如何对这两种方法做出选择，可以结合温差场均匀性因子来判断。通过对逆流换热器在W、NTU分别变化两种情况，求得Ns，同时得到温差场的不均匀因子中，发现在NTU不变，W增加时，随着W接近于1，温差场越来越均匀，Ns也越来越小。当W一定（不为）l时，随着NTU的增加，温差场越来越不均匀，而Ns却越来越小。由此，Ns的变化在W一定NTU变化时与温差场均匀性原则分析出现了矛盾。由于温差场均匀性原则是从换热的物理机制出发提出的，嫡产分析还包含物理机制以外的因素。而包括阻力的火用效率分析，在NTU或W变化时，它的变化规律符合温差场均匀性原则，从这个角度，建议选用火用效率来做换热器的热力学优化。