Als Schlüsselgerät zur Energiewandlung und -nutzung liegt der Kern des Designs eines Wärmetauschers darin, den Wärmeübertragungskoeffizienten zu erhöhen und den Energieverbrauch im Wärmeübertragungsprozess zu reduzieren. Basierend auf der Entropieproduktionstheorie des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik wurde der Mechanismus der irreversiblen Verluste bei Wärmeübertragung und Strömungswiderstand in einem Rohrbündelwärmetauscher analysiert. Ein lokales Modell zur Analyse der Entropieproduktion wurde entwickelt, das die durchschnittliche Entropieproduktion, turbulente Entropieproduktion, Wärmeübertragungsentropieproduktion und Wandentropieproduktion umfasst. Die Studie ermittelte die Strömungs- und Wärmeübertragungseigenschaften sowie die Verteilung der Entropieproduktion bei Reihen- und Kreuzanordnungen der Rohrbündel und untersuchte quantitativ den Einfluss der Rohrbündelanordnung auf die Irreversibilität der Strömungswärmeübertragung. Die Ergebnisse zeigen, dass die turbulente Entropieproduktion und die Wärmeübertragungsentropieproduktion die Hauptbestandteile der Gesamtentropieproduktion des Wärmetauschers sind, die hauptsächlich im Wandnahbereich und im Bereich der Strömungsablösung in der Nachlaufzone verteilt sind; dabei nehmen die durchschnittliche Entropieproduktion, turbulente Entropieproduktion und Wandentropieproduktion mit zunehmender Gasgeschwindigkeit allmählich zu, während die Wärmeübertragungsentropieproduktion allmählich abnimmt. Bei verschiedenen Rohrbündelanordnungen gibt es eine entsprechende optimale Strömungsgeschwindigkeit, bei der die Gesamtentropieproduktion im Strömungs- und Wärmeübertragungsprozess minimal ist. Bei niedrigen Gasphasengeschwindigkeiten begünstigt die Kreuzanordnung die Reduzierung der Gesamtentropieproduktion des Systems und damit die Verringerung irreversibler Verluste; bei hohen Geschwindigkeiten wird die Reihenanordnung empfohlen.

Rohrbündelwärmetauscher; Entropieanalyse; Reihenanordnung; Kreuzanordnung