基于遗传算法的螺旋折流板管壳式换热器热力学优化研究

发布时间：2021-12-29 01:26

　　换热器是一种可以将流体热量通过一定的传热方式传递给其它流体的工业设备,在工业生产中具有十分广泛的应用。同时,换热器在能量回收、节约及再利用等领域具有重要作用。使用一定优化方法改善换热器性能,减少换热器工作过程中的能量耗散,是提高能源利用率的重要途径。管壳式换热器是主要应用类型的换热器,而螺旋折流板管壳式换热器作为一种新型结构的换热器,具备流动压降小,不易结垢,传热性能好等特点,是未来发展的重点,但是关于螺旋折流板管壳式换热器的优化研究少之又少。本文从节约能源,提高能源利用率入手,以熵产最小法为基础,利用遗传算法编写关于螺旋折流板管壳式换热器的单目标及多目标优化设计程序,实现结构优化研究。换热器优化设计研究中目标函数、决策变量的选取以约束条件的设定十分重要。常用的换热器优化设计目标函数有两种,一种是追求换热器总成本最小,另外一种是追求代表换热器不可逆耗散的熵产数最小。而Bejan提出的熵产数会出现“熵产悖论”现象,故本文使用改进熵产数作为目标函数,改进熵产数的适用性更广。本文以螺旋折流板管壳式换热器结构参数,螺旋角、搭接量、换热管长、换热管外径、换热管根数作为决策变量,将容许压降和其他换... 

【文章来源】：青岛科技大学山东省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

管壳式换热器

流动死区示意图

青岛科技大学研究生学位论文11totiitottthcociicoccccPgenTTpTTMTTpTTMS,,,,,,,,)/ln()/ln(,(2-3)管壳式换热器总熵产率：PgenTgengenSSS,,(2-4)式中，下标c、h分别代表冷、热流体，i、o分别代表入口和出口。将式2-16用熵产率除以两流体中较大热容流率，即可得到Bejan定义的熵产数表达式，用以衡量换热器热交换过程中不可逆性损失程度：pgenMcSNs(2-5)但是通过对熵产数的分析可知，熵产数并不完善。根据Bejan关于熵产数的定义，可得到逆流换热器中熵产数与有效度之间的关系式：*,*,,,ln[1(1)]ln[1(1)]cihishiciTTNCCTT(2-6)令Tc,I/Th,i=0.8，分析热容流率比C*分别为0.9、0.7、0.3三种情况。由图2-1可知，熵产数存在最大值，并在最大值之前，有效度随着熵产数的增加而增加，但是热力学指出，不可逆损失越小熵产数的值越小，对应换热器的性能应越好。所以有效度与熵产数存在不合理之处，Bejan将这种现象称之为“熵产悖论”。图2-1逆流换热器中有效度与熵产数的关系Fig.2-1ThevariationofεandNsincounter-currentheatexchanger

【参考文献】：
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本文编号：3555121