Теплоэнергетика, 2023, № 10, стр. 65-75

Изучено влияние переноса тепла в стенке по направлению движения теплоносителей на эффективность теплообменных аппаратов (ТА), когда торцы стенки не являются теплоизолированными от окружающей их среды. Проведено аналитическое решение задачи для прямотока при равенстве отношений тепловых эквивалентов теплоносителей $\beta $ и коэффициентов теплоотдачи $\alpha $ с обеих сторон стенки, разделяющей горячий и холодный теплоносители, и для противотока при условии $\beta $ = $\alpha $ = 1. Решение задачи зависит также от числа тепловых единиц переноса $Ntu$, параметра, характеризующего аксиальную теплопроводность стенки ${{C}_{A}}$, числа Био Bi, определяющего относительную теплоотдачу от торцов стенки в окружающую среду, температур контактирующей с торцами стенки среды. Влияние аксиальной теплопроводности стенки возрастает с уменьшением параметра ${{C}_{A}}$. Рассмотрены два случая, при которых температуры окружающей среды принимаются равными температурам на входе и выходе горячего теплоносителя (случай I) и эти же температуры равняются температурам на входе и выходе холодного теплоносителя (случай II). Получено, что при малых числах Био (Bi < 10^–3) эффективность теплообменного аппарата ${{\varepsilon }}$ для любых значений ${{C}_{A}}$ в прямоточном ТА практически не отличается от эффективности ТА в отсутствие влияния аксиальной теплопроводности стенки ε₀, а для противотока при малых ${{C}_{A}}$ эффективность ТА заметно меньше ε₀ и снижается в 2 раза при $Ntu$ >> 1. При больших числах Био (Bi > 1) из-за влияния аксиальной теплопроводности стенки можно повысить эффективность использования одного из теплоносителей, при этом температура другого теплоносителя при его движении в теплообменном аппарате изменится незначительно. Результаты расчетов свидетельствуют о том, что для повышения эффективности ТА наиболее оптимальным является использование одинаковых тепловых эквивалентов двух теплоносителей и коэффициентов теплоотдачи с обеих сторон стенки, разделяющей горячий и холодный потоки ($\beta $ = $\alpha $ = 1).