Теплообменник, являющийся ключевым оборудованием для преобразования и использования энергии, имеет в своей основе дизайн, направленный на повышение коэффициента теплопередачи и снижение энергозатрат в процессе теплообмена. На основе теории производства энтропии второго закона термодинамики проанализирован механизм необратимых потерь передачи тепла и сопротивления потоку в кожухотрубном теплообменнике. Создана локальная модель анализа энтропии, включающая среднее производство энтропии, турбулентное производство энтропии, энтропию передачи тепла и энтропию на поверхности стенки. Исследованы характеристики потока и теплопередачи, а также распределение энтропии при последовательном и перекрестном расположении трубных пучков, количественно оценено влияние структуры расположения труб на необратимость теплообмена при потоке. Результаты показали, что турбулентное производство энтропии и производство энтропии теплопередачи являются основными составляющими общего производства энтропии теплообменника, и преимущественно распределены в приповерхностной зоне и в зоне отрывного потока; при этом среднее производство энтропии, турбулентное производство энтропии и энтропия стенки увеличиваются с ростом скорости газа, тогда как энтропия теплопередачи постепенно уменьшается. Для различных способов расположения пучков существует оптимальная скорость потока, при которой достигается минимальное общее производство энтропии в процессах потока и теплообмена. При низких скоростях газового потока перекрестное расположение способствует снижению общего производства энтропии системы и уменьшению необратимых потерь. При высоких скоростях рекомендуется использовать последовательное расположение.

кожухотрубный теплообменник; анализ производства энтропии; последовательное расположение; перекрестное расположение