I. Бернулли: сохранение энергии жидкости
Для идеального несжимаемого установившегося течения вдоль линии тока:
p/ρ + v²/2 + g·z = constant
Три слагаемых — энергия давления, кинетическая и потенциальная. Оно объясняет, почему в более узкой трубе поток быстрее, а статическое давление ниже (эффект Вентури), и почему поднятый бак самотёком сливается под действием гравитации.
II. Реальность добавляет «счёт трения»
Реальные жидкости вязки, а стенки труб шероховаты, поэтому на практике:
p₁/ρ + v₁²/2 + g·z₁ = p₂/ρ + v₂²/2 + g·z₂ + hf
hf — потеря энергии на единицу массы теплоносителя, в итоге проявляющаяся как перепад давления Δp. Перепад давления в системе теплообменника складывается из двух частей:
- Потери на трение (по длине): Трение между теплоносителем и стенкой трубы, растущее с длиной, шероховатостью и квадратом скорости;
- Местные сопротивления: Отводы, переходы, входы/выходы, возмущения гофра пластины — каждое «бьёт о стену».
III. Переплетение перепада давления и теплопередачи
Как сказано, h ∝ u^0,8, а перепад давления Δp ∝ u² (или выше). Поэтому:
- Удвоение скорости потока повышает теплопередачу примерно в 0,8 раза, а мощность вентилятора — примерно в 2~3 раза;
- Существует экономическая скорость потока; за её пределами затраты на электричество превышают выигрыш теплопередачи.
Это фундаментальная причина, почему теплообменник — не «чем быстрее, тем лучше»: законы Бернулли и трения вместе проводят красную линию для скорости потока.
IV. Как подбирать вентиляторы/насосы
При подборе сначала рассчитайте общий перепад давления системы (тело теплообменника + трубопровод + выходы воздуха), затем выберите оборудование, чей расход/производительность совпадает с этой точкой перепада; запас 10%~20% достаточно — не завышайте вслепую: вентилятор с избытком, работающий круглый год вне зоны высокого КПД, — чёрная дыра электричества. Если в эксплуатации обнаружите недостаток расхода воздуха, сначала проверьте, не забиты ли пластины или грязен ли фильтр — аномально высокий перепад давления часто первый сигнал налипания золы.