Justification of the Flow Characteristics of the Recuperator for the Thermal Preparation of Machinery and Equipment Units

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 22 No. 4 2020 85 EQUIPMENT. INSTRUMENTS     A A S Nu L , (3) где A Nu − показатель критерия Нуссельта для воздуха ;  A − коэффициент теплопроводности окружающего воздуха , Вт / м · К ; S L − длина по - верхности , обтекаемая воздухом , м . Традиционно эффективность теплообмен - ных аппаратов оценивается с помощью термо - динамического КПД , однако при определенных значениях расходных характеристик протекаю - щих через теплообменник сред величина КПД принимает значения больше единицы . Кроме того , термодинамический КПД не учитывает некоторые потери тепла при взаимодействии с внешней средой . Основой энергосбережения является эксергетический анализ [23, 24]. Он дает возможность наглядно выявлять уровень совершенства процессов и источники потерь [25]. В настоящей работе эффективность оце - нивалась с помощью эксергетического КПД , который определяется как отношение фактиче - ски совершенной работы к ее максимальному значению и является показателем , отражаю - щим степень совершенства термодинамическо - го процесса . Эксергетический КПД определяется из вы - ражения η = Е ex / Е en , (4) где Е ex – поток эксергии на выходе из аппарата 1 1 2 2 ; ex Å G å G å       (5) Е en – поток эксергии на входе в аппарат 1 1 2 2 ; en Å G å G å       (6) G 1 и G 2 – массовые расходы теплоносителей , кг / с ; 1 , å  2 , å  1 å  и 2 å  – удельные термические экс - ергии компонентов на выходе и входе в тепло - обменник соответственно , Дж / кг . Численные значения удельных термических эксергий компонентов газовой смеси определя - ют из выражения е i = с Pi ( T i – T 0 ) – Т 0 × × ( с Pi ln T i / T 0 – R i ln P i / P 0 ), (7) где с Pi – средняя изобарная массовая теплоем - кость компонента , Дж / кг · К ; T i и T 0 – темпера - тура компонента и окружающей среды , К ; P i и P 0 – парциальное давление компонента и окру - жающей среды , Па ; R i – характеристическая газовая постоянная компонента , Дж / кг · К ; Удельную термическую эксергию для ка - пельных жидкостей определяют по уравнению   0 0 0 – –) – ( / i Pi i Pi i å ñ T T Ò ñ lnT T  0 , ( ) – / i i P P    (8) где β – коэффициент объемного ( термического ) расширения , К –1 ; ρ i – плотность теплоносителя , кг / м 3 ; P i – P 0 = Δ Р – перепад давления в теплооб - менном аппарате , Па . Для построения модели в программном ком - плексе SolidWorks необходимы следующие ис - ходные данные :  геометрические размеры каждой детали , входящей в общую сборку рекуператора ;  материал , из которого изготовлена каждая отдельная деталь ;  температура газов на входе в рекуператор ;  температура теплоносителя на входе в ре - куператор ;  скорость движения отработавших газов на входе ;  тип решаемой задачи ( теплопроводность в твердых телах , радиационный теплообмен , не - стационарность , гравитация , вращение , свобод - ная поверхность );  параметры текучих сред ( наименование газа и жидкости , режим течения жидкости ;  материал стенок ;  температура внешней среды ;  коэффициент теплопроводности ;  шероховатость поверхностей ;  начальная температура твердых тел ;  атмосферное давление ;  объемный расход газа на выходе из рекупе - ратора . Средняя температура подаваемых газов была принята на уровне 373 К . Это значение достига - ется при частоте вращения коленчатого вала ди - зеля 1280...1700 об / мин . Начальная температура теплоносителя на входе в рекуператор при моде - лировании принималась равной 243 К . Такое же значение было принято для температуры окру -