流動及傳熱過程的熵分析.pdf

1、利用低位廢熱節(jié)能降耗、減少環(huán)境熱污染是當(dāng)前清潔生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)熱點(diǎn)之一。決定其經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵是廢熱的有效利用率，因此需要特別的措施克服低位能傳熱推動力小的不利因素，最大限度地減少不可逆損失。本文以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)，從熱力學(xué)熵產(chǎn)分析和溫度場熵分析兩個不同的角度，定量地研究了流動及傳熱體系的不可逆程度，揭示影響傳熱推動力的因素。對評價流動及傳熱體系的熱力學(xué)完善程度，改進(jìn)傳熱系統(tǒng)的熱力性能有一定的應(yīng)用價值。 從熱力學(xué)第二定律出發(fā)，

2、根據(jù)Prigogine在非平衡態(tài)熱力學(xué)過程及“熵產(chǎn)生”概念基礎(chǔ)上完成的任意體系的熵產(chǎn)表達(dá)式推廣應(yīng)用于降膜蒸發(fā)過程熵產(chǎn)分析，并得到管內(nèi)降膜蒸發(fā)的熵產(chǎn)計算式。引入單位熵產(chǎn)數(shù)得到管內(nèi)降膜蒸發(fā)的單位熵產(chǎn)計算式，并在Reynolds數(shù)大于1450(C<,p>μ/λ)<'-1.06>(0.5-0.25ω)<'-1>情況下得到單位熵產(chǎn)數(shù)和雷諾數(shù)之間以及單位熵產(chǎn)數(shù)和膜徑比之間的定量關(guān)系，根據(jù)數(shù)值計算結(jié)果揭示了如下規(guī)律：①降膜蒸發(fā)過程熵產(chǎn)隨流體的雷諾數(shù)增

3、加先降低再增大，存在最小熵產(chǎn)數(shù)，對應(yīng)的雷諾數(shù)為最佳雷諾數(shù)Re<,opt>，此區(qū)域?yàn)樽罴压r區(qū)；②降膜蒸發(fā)過程熵產(chǎn)隨降膜管內(nèi)液膜厚度減小先降低再增大，也存在最小熵產(chǎn)數(shù)，最佳膜徑比ω<,opt>對應(yīng)的區(qū)域也是最佳工況區(qū)。 為驗(yàn)證以上理論分析模型，本文進(jìn)行了DAP濕線尾氣脫濕一磷酸降膜蒸發(fā)的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，獲得了長周期運(yùn)行條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。以30％的磷酸稀溶液為工質(zhì)，通過Ф30×2×6000傳熱管內(nèi)磷酸降膜蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，理論分析的模型與

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好，表明本文熵產(chǎn)計算式可以表達(dá)降膜蒸發(fā)過程的熵產(chǎn)規(guī)律，對過程強(qiáng)化過程傳熱和提高傳熱效率具有實(shí)際應(yīng)用價值。 從玻爾茲曼定律和信息熵的理論出發(fā)，以物理場熵的概念為基礎(chǔ)，本文定義了溫度場熵的概念。并根據(jù)物理場熵的計算方法推導(dǎo)出了溫度場熵的計算公式。通過與熱力學(xué)熵的比較可知盡管兩者在反映的層次和反映的方式上不同，但是熱力學(xué)熵產(chǎn)分析和溫度場熵都是空間溫度梯度的積分表達(dá)，二者均能根據(jù)溫度場的溫度分布反映傳熱推動力的損耗以及流動

5、及傳熱體系的不可逆程度，因而具有一致性。 將此公式應(yīng)用于矩形散熱翅片的研究中，根據(jù)翅片表面溫度分布函數(shù)，計算出翅片表面的溫度場熵。并通過其反映的所需傳熱推動力大小和不可逆程度的定量地描述矩形散熱翅片的熱力學(xué)性能。本文同時研究了翅片自身的特性參數(shù)對溫度場熵的影響，研究表明在一定的范圍內(nèi)，翅片表面的溫度場熵與翅片的導(dǎo)熱系數(shù)和厚度成反比，與翅片長度成正比。 根據(jù)矩形翅片熱效的計算公式，引入鋼、鎘和鋁三種材質(zhì)熱效的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，得到

6、熱效隨導(dǎo)熱系數(shù)、厚度和長度變化的曲線。與溫度場熵隨翅片自身特性參數(shù)的變化趨勢相比較可知，矩形散熱翅片的溫度場熵與其熱效一樣，不僅能對翅片的熱力學(xué)性能進(jìn)行定量描述，而且對優(yōu)化熱力系統(tǒng)設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。 通過本文的研究表明熵產(chǎn)分析可以表達(dá)流動及傳熱體系的熱力學(xué)完善程度，并且得到了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。溫度場熵理論也能分析和表達(dá)流動及傳熱體系的熱力學(xué)性能，所獲得的結(jié)果為改進(jìn)體系的傳熱推動力小的不利因素及提高熱力系統(tǒng)的傳熱效率提供了理論依