基于最小熵产和最小热阻原理的传热过程分析及优化

发布时间：2017-09-19 05:29

  本文关键词：基于最小熵产和最小热阻原理的传热过程分析及优化

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【摘要】：传热过程在自然界和工业生产中广泛存在,在微电子设计及应用领域,电子芯片需要高效的散热方式,以保证元件处于安全的温度内；在航天器设计中,如何将航天器内设备仪器产生的废热及时排掉,已成为当前航天器热控系统研究的一项重要课题。另外,我国能源与环境问题不容乐观,化石能源储量丰富,但人均占有量远低于世界平均水平,且随着化石燃料燃烧废气的排放,空气中固体可吸入颗粒物、氮氧化物和硫氧化物含量居高不下,造成空气质量较差。将工业余热进行回收再利用,成为解决能源与环境问题的途径之一。本文利用最小熵产与最小火积耗散热阻原理,对传热过程优化,在体点散热问题中降低系统内平均温度,在工业余热回收中,得到更高的回收效率,主要工作包括：1、对于体点散热问题,在高导热材料填充中,创立了新型热导率离散化算法。以矩形平板为模型,在定温和辐射边界条件下,首先迭代计算连续分布的热导率,根据热导率分布情况将区域划分为一定数量的子区域,依次计算各子区域内高导热材料的填充数量和填充位置,最终完成整个区域内的高导热材料填充。将热导率离散化算法与其他算法作对比,探究热导率离散化算法的优势。2、在水泥厂回转窑集热器优化中,利用经验公式推导出其传热和流动计算公式,进而导出熵产和火积耗散的计算方法。由于最小熵产原理优化存在不足,提出熵产和有效度多目标优化。基于两种优化原理对水泥厂回转窑集热器进行运行工况优化,根据优化后的最佳工况,保持其中两个工况参数不变,通过改变第三个工况,探究优化目标随工况参数的变化情况。3、以单个集热器运行工况优化为基础,对集热器网络进行优化。设定不同的管路联接方案,分别对各管路联接方案进行优化,得到最佳流量分配策略。将不同方案的优化结果对比,得到最佳的管路联接方案。4、对体点散热问题和集热器余热回收问题,均利用最小熵产和最小火积耗散热阻原理进行优化,将两种优化原理结果进行对比,研究两种优化原理的特点及适用条件。
【关键词】：最小熵产 最小火积耗散热阻 体点散热 集热器 传热优化
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 主要符号表11-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 引言13-14
• 1.2 强化传热理论14-17
• 1.3 强化传热技术研究现状17-19
• 1.4 本文所作工作19-21
• 第二章 体点散热问题优化21-31
• 2.1 引言21-22
• 2.2 仿生进退化算法22-23
• 2.3 物理模型及边界条件23-24
• 2.4 火积耗散极值原理优化24-25
• 2.5 最小熵产原理优化25-27
• 2.6 优化原理对比27-28
• 2.7 实验验证28-29
• 2.8 本章小结29-31
• 第三章 热导率离散化算法31-47
• 3.1 引言31
• 3.2 优化问题描述31-33
• 3.3 连续热导率计算33-35
• 3.4 连续热导率离散化35-36
• 3.5 子区域数量影响36-41
• 3.6 算法对比研究41-45
• 3.7 本章小结45-47
• 第四章 回转窑余热回收用集热器性能优化47-69
• 4.1 水泥生产及余热回收问题47-50
• 4.2 回转窑表面散热特点50-51
• 4.3 新型集热器简介51-53
• 4.4 集热器传热计算53-57
• 4.5 集热器压降计算57-58
• 4.6 集热器熵产计算58-59
• 4.7 基于最小熵产和有效度的多目标传热性能优化59-62
• 4.8 集热器火积耗散计算62-63
• 4.9 基于火积耗散原理的传热优化63-65
• 4.10 两种优化原理对比65-67
• 4.11 本章小结67-69
• 第五章 集热器系统网络优化69-77
• 5.1 引言69-70
• 5.2 优化问题描述70
• 5.3 集热器全并联优化分析70-71
• 5.4 集热器全串联优化分析71-73
• 5.5 串并联组合优化分析73-74
• 5.6 不同管路方案对比分析74-75
• 5.7 本章小结75-77
• 第六章 结论和展望77-79
• 6.1 主要研究成果77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 攻读硕士学位期间发表的论文85-87
• 附录：相关算法源码及理论计算结果87-99
• 附录1 热导率离散化算法主程序87-92
• 附录2 区域描述函数92-94
• 附录3 边界描述函数94-95
• 附录4 集热器传热和流动特性理论计算结果95-99
• 附件99

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 柳雄斌;换热器及散热通道网络热性能的火积分析[D];清华大学;2009年

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本文编号：879761