火積耗散理論在管殼式換熱器優(yōu)化設計中的應用.pdf

1、換熱器在眾多高能耗工業(yè)領域中具有廣泛的應用,同時和能量的節(jié)約、轉(zhuǎn)換、回收以及新能源的開發(fā)都有著密切的聯(lián)系。通過優(yōu)化設計提高換熱器的性能,減少換熱過程熱量的不可逆耗散,是提高能源利用率的重要措施,在能源日益短缺和環(huán)境污染逐步惡化的今天具有重要的意義。本文將致力于單目標和多目標管殼式換熱器優(yōu)化設計的研究。
　　 換熱器優(yōu)化設計的關鍵問題是選擇一個合適的優(yōu)化目標函數(shù)。本文首先以無量綱化的總火積耗散（總火積耗散數(shù)）為目標函數(shù),以換熱器的

2、一些幾何參數(shù)和冷流體的出口溫度為設計變量,以容許壓降和換熱器設計標準要求為約束條件,形成了換熱器的優(yōu)化設計問題,并應用遺傳算法求解了相應的優(yōu)化問題。通過比較優(yōu)化前后的設計方案,發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化設計,在提高換熱器有效度的同時,明顯減少了泵功的消耗。通過和其它換熱器優(yōu)化設計方法（譬如傳統(tǒng)的最小成本法）對比,發(fā)現(xiàn)以總火積耗散數(shù)為目標函數(shù)的換熱器優(yōu)化設計方法在提高換熱器性能和減少能量的損耗方面具有明顯的優(yōu)勢。
　　 但以總火積耗散數(shù)為目標函

3、數(shù)的單目標換熱器優(yōu)化設計方法存在一定缺陷,即對于以液體為換熱介質(zhì)的換熱器,有限溫差導熱引起的火積耗散遠大于流動阻力引起的火積耗散,以二者的和作為目標函數(shù)進行單目標優(yōu)化設計時很容易忽略流動阻力因素的影響。為了解決這一問題,本文以有限溫差導熱引起的火積耗散數(shù)和流體阻力引起的火積耗散數(shù)為兩個獨立的目標函數(shù),應用多目標遺傳算法構(gòu)造了換熱器的多目標優(yōu)化設計方法。通過分析多目標優(yōu)化過程中換熱器性能參數(shù)的變化,以及對多目標和單目標優(yōu)化結(jié)果之間的比較,