發(fā)布時間：2018-01-10 17:27

  本文關(guān)鍵詞：順逆流換熱優(yōu)化的熵產(chǎn)悖論及其熱力學分析　出處：《蘭州理工大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： 換熱器的效能 場協(xié)同 熱力學耦合 熵產(chǎn)悖論

【摘要】：在能源的開發(fā)和利用中,80%以上的能量是以熱能的形式加以利用的,而高性能換熱設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計及制造是眾多工業(yè)領(lǐng)域進行熱能高效利用的基礎(chǔ)。自從把熵產(chǎn)最小原理引入換熱器的優(yōu)化設(shè)計理論之后,雖然在高效換熱器的設(shè)計方面已取得了很好的效果,但逆流換熱器的效能在0到0.5范圍內(nèi)所存在的熵產(chǎn)悖論,長期以來成為換熱器優(yōu)化設(shè)計理論中困擾人們的關(guān)鍵問題。本論文分析了目前換熱器優(yōu)化設(shè)計中兩個典型的理論,即以熵產(chǎn)數(shù)反映換熱過程性能的最小熵產(chǎn)理論,以熱阻最小反映換熱過程性能的積耗散優(yōu)化理論,雖然后者能夠更好地解決熵產(chǎn)悖論問題,但卻是以忽略流動過程的耗散為前提。對熵產(chǎn)悖論問題的徹底解決,必須依賴于從熱力學的角度對傳熱過程與流動傳質(zhì)相互作用而導(dǎo)致的傳熱強化機制的進一步理解。事實上,根據(jù)場協(xié)同理論得到的速度矢量與溫度梯度矢量的夾角越小,流動換熱強化的程度越高,對于這時所包含的兩個矢量的夾角同向時為0及反向時為π這兩種不同的情況,目前還沒有從理論上解釋其蘊含的物理意義。當熵流的變化為零時,對于穩(wěn)定流動所構(gòu)成的準孤立系統(tǒng),有可能存在熵產(chǎn)大于零的自發(fā)過程驅(qū)動熵產(chǎn)小于零的非自發(fā)過程的情況�；跓崃鞯纳⒍确匠�,論文分析了流動換熱過程蘊含了兩種不同的熱力學機制,即傳熱過程與流動傳質(zhì)過程均為自發(fā)過程時的場協(xié)同機制,以及流動傳質(zhì)過程為自發(fā)過程,傳熱過程為非自發(fā)過程時的熱力學耦合機制。對于換熱器,熱流體側(cè)滿足場協(xié)同機制,所以流體的質(zhì)量流與熱流的夾角越小,換熱效果越好。而冷流體側(cè)滿足熱力學耦合機制,所以流體的質(zhì)量流與熱流的夾角越大,換熱效果越好。順流布置時,熱流體側(cè)的換熱強化大體被冷流體側(cè)的換熱弱化所抵消,所以順流布置既不強化又不弱化,而逆流布置時冷熱流體側(cè)的換熱均得到了強化,這就是逆流換熱優(yōu)于順流換熱的根本原因。同時,對于逆流換熱,由于冷流體側(cè)符合熱力學耦合原理,故傳質(zhì)過程的正熵產(chǎn)率越大時,由于熱泵效應(yīng)傳熱過程的負熵產(chǎn)率的值也越大,意味著流體的溫度升高程度就越大,換熱器的效能也就越大。換句話說,當冷流體側(cè)的流動熵產(chǎn)率越大時,流動部分的正熵產(chǎn)率被傳熱過程的負熵產(chǎn)率抵消的成分越多,這時總的熵產(chǎn)率反而越小,所以對于逆流換熱最終的效果依然是總熵產(chǎn)率越小,換熱器的效能越高,即不存在逆流換熱過程的熵產(chǎn)悖論。
[Abstract]:In the development and utilization of energy sources , more than 80 % of the energy is used in the form of heat energy , and the optimal design and manufacture of high performance heat exchanger is the basis for the efficient utilization of heat energy in many industrial fields .

【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK172

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本文編號：1406162