PDF《直接接触式换热器传热性能优化》

performanceoptimization;

c o n s t r a i n t c o n d i t i o n ;

o b j e c t i v e f u n c t i o n 相比于间壁式换热器, 直接接触式换热器省去了内部换热面, 结构简单、 传热面积大、 传热热阻可以忽略 不计、 适应于在低温差下运行等优点[

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2 ] , 因此可以广泛地应用于海水淡化、 地热能回收、 海洋能转换、 热能储 存及工业废热的回收与利用[

3 7] .在前期的研究中[

8 ] 考察了初始换热温差、 工质流率和导热油流率对容积换 热系数、 总换热体积、 工质蒸汽发生量及工质蒸汽出口温度蒸发器主要传热性能的影响, 发现直接接触换热 器的传热性能受运行工况及几何结构参数的综合影响.为了获得最佳的传热性能, 有必要进行系统的多参 数并行优化, 以便获得一组 最佳工况组合 , 使直接接触换热器传热性能为最优值. 遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m s , GA) 主要采用群体搜索和个体信息交换策略, 搜索不依赖梯度信息, 适合 于求解复杂的非线性、 多模型、 多目标等系统优化问题[

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1 0 ] .杨辉著等[

1 1 ] 应用遗传算法解决了锯齿型板翅式 换热器多参数同步优化的问题, 提出了利用 K r i g i n g响应面来分析目标函数与设计变量之间的关系, 结果发 现, 结合 K r i g i n g响应面的遗传算法克服了传统优化方法对经验关联式的依赖.王斯民等[

1 2] 以换热系数最 大值、 壳侧压降最小值为目标函数, 运用多目标遗传优化方法得到了3组最优解, 与原始结构相比, 壳侧换热 系数平均增加了2 8. 3%, 壳侧压降平均降低了1 9.

3 7%, 该结果对于螺旋折流板换热器结构参数的研究具有 重要意义.H a n g . Y i n和RyozoO o k a [

1 3 ] 在针对板翅式换热器优化设计计算中, 为了获得更精确的结果, 将 板和翅片的对流传热系数分别定义为独立的参数, 优化模型中, 采用翅片高度、 翅间距、 翅片厚度、 翅片长度 做为4个结构参数决策变量, 将由压力产生的熵产、 传热产生的熵产以及总熵产做为目标函数, 最后用遗传 算法对该优化模型进行优化, 其结构参数优化结果适应于空调系统.对于换热器来说, 换热效率和总成本是 换热器设计的最重要指标, 因此 M o h s e nAm i n i和MajidB a z a r g a n [

1 4] 运用遗传算法以换热效率和总成本为 优化目标, 对管壳式换热器进行优化分析, 优化决策变量一共有1 1个, 针对决策变量的几何和运行约束条件 均在实际操作范围, 因此该优化运行结果可以为管壳式换热器设计提供相关建议. 参考国内外运用遗传算法对换热器优化研究的最新进展, 文中拟运用遗传算法对直接接触式换热器传 热性能进行优化研究, 以直接接触换热器客观运行工况和几何参数结构为约束条件, 获得最佳的参数 组合 使换热器传热性能达到最优值, 同时将液滴群行为与传热性能协同关系作为约束条件引入优化模型中, 重点 分析引入该约束条件对优化结果的影响, 希望通过文中的研究对换热器优化模型的完善起到一定的指导 意义.

1 直接接触式换热器传热性能优化模型 1.

1 优化过程目标函数 优化对象以实际运行的直接接触换热实验平台为基础, 直接接触式换热器罐体运行工况变量及结构参 数如图1所示. 图1 直接接触式换热器罐体结构示意图 .1犁 镒 嶙52第4期 杨波, 等: 直接接触式换热器传热性能优化 一般而言, 优化设计是指在给定或系统实际运行工况下, 热工及结构参数限定范围内( 约束条件) , 对系 统的某个或多个性能指标进行评价, 寻找性能指标最优解的过程.也就是说, 按照实际需要选择单一技术指 标或经济指标作为目标函数来优化系统性能.因此, 文中选用最能体现直接接触式换热器传热性能的参 数― ― ―容积换热系数作为目标函数. 由于直接接触换热器没有换热壁面, 所以其传热性能用容积换热系数表示: =