Коротко: частичная блокировка теплообменника снижает его коэффициент теплопередачи (уменьшает эффективную площадь/проводимость), что приводит к изменению тепловых потоков, сдвигу рабочих температур цикла, росту гидравлического сопротивления и, как следствие, снижению КПД и ресурсосбережения установки (увеличение тепловых и механических напряжений, ускоренный износ).
Как анализировать (шаги):
1. Определить, какой теплообменник заблокирован — нагреватель (вход тепла) или охладитель (отвод тепла).
2. Замеры/входные данные: массовые расходы $\dot{m}$, теплоёмкости $c_p$, входные/выходные температуры и давления, начальный $UA$ и заблокированный $U{A}^{\prime }$.
3. Энергетический баланс (установившийся режим):
$${\dot{Q}}_{in}-{\dot{Q}}_{out}=\dot{W}$$ $$\dot{Q}=\dot{m}{c}_p(T_{in}-T_{out})$$ 4. Модель теплообмена в заблокированном теплообменнике:
$$\dot{Q}=UA\Delta T_{lm}\Rightarrow {\dot{Q}}^{\prime }=U{A}^{\prime }\Delta T_{lm}^{\prime }$$ где $U{A}^{\prime }$ уменьшилось при блокировке; чтобы обеспечить тот же $\dot{Q}$, нужна большая лог.-средняя $\Delta T_{lm}$, иначе $\dot{Q}$ падает.
5. КПД цикла (общее определение):
$$\eta =\frac{\dot{W}}{{\dot{Q}}_{in}}=1-\frac{{\dot{Q}}_{out}}{{\dot{Q}}_{in}}$$ Для идеального цикла Карно:
$${\eta }_C=1-\frac{T_c}{T_h}$$ Блокировка охладителя повышает эффективную температуру холодного резервуара $T_c$ (или повышает конденсационное давление в паровых циклах) → ${\eta }_C$ и реальные $\eta$ падают. Блокировка нагревателя снижает ${\dot{Q}}_{in}$ и/или уменьшает $T_h$ → также падение выработки и КПД.
Конкретные последствия:
- Снижение теплового потока: ${\dot{Q}}^{\prime }<\dot{Q}$ при $U{A}^{\prime }<UA$.
- Снижение механической мощности $\dot{W}$ (меньше падение энтальпии/температурный ресурс).
- Рост давления/падение расхода: блокировка увеличивает гидравлическое сопротивление → требуется больше мощности насоса/компрессора, возрастает собственный расход энергии установки $\Rightarrow$ дополнительное снижение полезной мощности.
- Повышенные локальные температуры и перепады температур → увеличение тепловых напряжений, ускоренная коррозия/окисление, ускоренное образование отложений.
- Для паровых циклов: повышение давления конденсации → уменьшение КПД турбины; для газовых — повышение температур на компрессоре/турбине → риск термального перегруза.
Оценка влияния на прочность и долговечность:
- Тепловое напряжение (приближённо):
$$\sigma \approx \frac{E\alpha \Delta T}{1-\nu }$$ где $E$ — модуль упругости, $\alpha$ — коэффициент температурного расширения, $\nu$ — коэффициент Пуассона; рост $\Delta T$ → рост $\sigma$ и утомления материала.
- Увеличение числа циклов температурной усталости и ускорение коррозионного и абразивного износа сокращают ресурс компонентов.
Как количественно посчитать изменение КПД (алгоритм):
1. Получить $U{A}^{\prime }$ при блокировке.
2. Решить для новой ${\dot{Q}}_{in}^{\prime },{\dot{Q}}_{out}^{\prime }$ используя $\dot{Q}=\dot{m}{c}_p\Delta T$ и $\dot{Q}=UA\Delta T_{lm}$.
3. Вычислить новую полезную мощность ${\dot{W}}^{\prime }={\dot{Q}}_{in}^{\prime }-{\dot{Q}}_{out}^{\prime }$ и ${\eta }^{\prime }={\dot{W}}^{\prime }/{\dot{Q}}_{in}^{\prime }$.
4. Сравнить с базой: $\Delta \eta ={\eta }^{\prime }-\eta$.
Короткие рекомендации по смягчению:
- Срочная очистка/удаление блокады или перевод на байпас, уменьшение нагрузки установки.
- Увеличение расхода теплоносителя (если возможно) для восстановления $UA\Delta T_{lm}$.
- Ремонт/увеличение площади теплообмена, мониторинг температур и давлений, защитное снижение режима работы до устранения неисправности.
Вывод в одну фразу: частичная блокировка уменьшает $UA$ → падает тепловой поток $\dot{Q}$, сдвигаются рабочие температуры, падает КПД ($\eta$) и увеличивается риск термического/механического износа; для точной оценки надо измерить новые $U{A}^{\prime },\dot{m},T$ и пересчитать по формулам выше.