基于流動和傳熱特性對螺旋板式換熱器多目標優(yōu)化研究.pdf

1、換熱器在在很多行業(yè)都有著非常多的應(yīng)用，設(shè)計建造花費占的比例也相對較高，對換熱器進行優(yōu)化設(shè)計，能夠一定程度上提高性能的同時降低成本，這種研究對工程實際應(yīng)用有很重要的意義。螺旋板式換熱器在生產(chǎn)中同樣有廣泛的用途，但在設(shè)計優(yōu)化方面更多的是依靠經(jīng)驗，在理論研究方面還不夠廣泛和深入，因此經(jīng)常無法滿足特定需求或者無法以更有效的方案滿足設(shè)計要求，因此在實際中，大部分企業(yè)更多的使用技術(shù)成熟、設(shè)計方法比較完善常規(guī)換熱器，例如板翅式換熱器和管殼式換熱器。<

2、br>　　本研究在利用最小熵產(chǎn)原理的基礎(chǔ)上，用遺傳算法的理論對其進行多目標優(yōu)化。螺旋板式換熱器在優(yōu)化中，首先要考慮的是目標函數(shù)的問題，目標函數(shù)的選擇對優(yōu)化的進行以及結(jié)果的適用性至關(guān)重要。本文選擇目標函數(shù)時，選擇用來表述因為不可逆過程產(chǎn)生能量耗散的熵產(chǎn)數(shù)為目標函數(shù)。優(yōu)化中以換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)作為設(shè)計變量，以換熱量、壓降、等設(shè)計標準為約束條件，以上這些條件即是換熱器整個優(yōu)化設(shè)計的限制因素。在目標函數(shù)具體的選取問題上，因為換熱器整個換熱過程主要

3、是流體流動和傳熱的過程，所以本文以壓降引起的熵產(chǎn)和傳熱引起的熵產(chǎn)為目標函數(shù)，以下簡稱流動熵產(chǎn)和傳熱熵產(chǎn)，以這兩個目標函數(shù)作為多目標函數(shù)進行優(yōu)化，然后和分別以流動熵產(chǎn)和傳熱熵產(chǎn)為單目標時，對螺旋板式換熱器的的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果進行對比，結(jié)果顯示，不管是以流動熵產(chǎn)為單目標的優(yōu)化還是以溫度熵產(chǎn)為單目標的優(yōu)化，換熱面積、壓降都相較于多目標優(yōu)化結(jié)果要大，而考慮到經(jīng)濟性即建造成本和運行成本，都要比多目標優(yōu)化結(jié)果要高。為了研究多目標優(yōu)化設(shè)計得到的螺旋板換熱

4、器實際運行效果，和研究螺旋板式換熱器性能影響參數(shù)，建立了螺旋板換熱器內(nèi)部的流動和傳熱數(shù)學(xué)模型，通過gambit建模并劃分網(wǎng)格，利用fluent模擬，最終得到換熱器內(nèi)部流動通道內(nèi)的流體情況，主要研究了壓力場的分布情況，和溫度場的變化規(guī)律，另外還對模擬得到的結(jié)果作了對比分析，研究了換熱器內(nèi)冷熱流體的流速、換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)變化時對換熱器性能的影響，這些模擬結(jié)果直接反應(yīng)了相關(guān)設(shè)計參數(shù)和運行參數(shù)和換熱器性能的關(guān)系，對換熱器的設(shè)計和優(yōu)化起到了很好的指