PDF《直接接触式换热器传热性能优化》

2 00 3α0+αm a x 1-αm a x 1+

7 2 +2

1 ( 1-αm a x) ( -) ( )

1 /

7 - 1+

7 2 ()1/7()[], (

1 ) 其中: 0=

2 2 1+s i nβ

2 ( )+0.

4 4

7 0.

7 8

0 P r

1 / 3( 1-c o s β)

2 0 , =20Δ

0 0 苔-ρ 靓歃.求解容积换热系数其他辅助方程如下.

1 ) 分散相流体含气率 含气率随轴向高度变化的关系式[

1 5] : d ε d =ε( 1-ε) ∫ 0(1-ε) d .(2)2)气化分率分布模型[

1 6 ] d dε=ρ洇纽- 力洇 ( 1-ε)

2 . (

3 )

3 ) 分散相液滴初始直径

0 分散相液滴初始直径与连续相物性和喷嘴的直径有关[

1 7 ] : 当i / σ 绂う ( )

1 2 0.

7 8 5时, i

0 =1.

5 1 i ( σ / 绂 ρ)

1 2 硌+0.

1 2. (

5 )

4 ) 分散相液滴的瞬时速度[

1 8] =1.

9 1 1- ρ 洇0 ()3{}σρ{}[]1256- [ ]

2 +2

2 [ ] * 悝[]0 1.

6 ,(6)其中, 为平均直径, =

2 +2

0 2

0 . 1.

2 优化模型决策变量 直接接触式换热器传热性能由换热器的几何结构参数和换热流体( 分散相、 连续相) 物性参数、 热工状态 参数、 流动参数这些决策变量共同决定.而最优化设计的目的就是通过数学优化算法确定1组特定的 决策 变量 , 使选定的目标函数达到最大( 或最小) .其中, 部分决策变量的取值由外部关联条件( 如环境温度、 大 气压力等) 或实际系统运行工况( 如系统的实际结构或运行参数) 所确定;

其余的决策变量可以在约束条件规 定的可行域范围内自由选取. 因此, 直接接触式换热器的最优化即是通过最优化数学算法确定在目标函数达到最大( 或最小) 值时换 热器的决策变量取值的过程.直接接触式换热器结构参数及运行参数如图1所示, 综合影响换热器的传热

6 2 重庆大学学报第3 9卷 性能, 同时由容积换热系数公式可知, 当直接接触式换热器罐体几何结构、 导热油的进口温度和流率, 分散相 和连续相流体确定后, 忽略工质出口的过冷度及欠焓时, 热力状态独立参数为工质流率0, 换热器导热油液 位高度, 结构参数独立变量确定为喷头喷孔直径i. 即容积换热系数表示为决策变量的函数: =( 0, , i) . (

7 ) 1.

3 不等式约束条件 为了满足理论及技术上的可行性, 同时使决策变量在优化过程中的取值都在可行域范围内, 直接接触式 换热器的热工参数和流动参数必须满足一定的约束条件.所以根据现有实验平台的几何结构参数及工况运 行条件, 需要对其运行特性值加以约束, 具体如表1所示. 表1 直接接触换热器性能优化模型约束条件

1 镒樽镒镒 镒 嶙 嶙 镒 炀霾弑淞 约束条件 备注热工参数的热力学约束条件 d o>

d i;

c i>

c o c i>

d o;

c o>

d i 1≥ ε≥0 蒸发压力约束条件 m a x≥vap导热油液位高度约束条件 0>

0 ( m / s ) 根据工质离心泵的变频范围 此外, 在优化搜索过程中约束所有决策变量的取值均要求大于零. 1.

4 优化算法 根据数学规划理论, 可采用罚函数法将具有不等式约束条件的最优化问题转化为无约束条件的最优........