多股流换热器网络优化的衍生网络法

从换热器网络综合及优化中相互矛盾的投资费用和运行费用分析入手,以多股流换热器代替两股流换热器网络,建立了一种网络优化目标的松弛技术,即在整体网络优化中允许小面积换热器的存在,然后通过多股流换热器对小换热器进行合并处理.结果表明,应用该方法进行换热网络的综合优化,可以充分发挥多股流换热器的优点,获得综合费用更低的换热网络结构.     

多股流换热器优化运行和控制研究

本文针对板翅式平行流多股流换热器,从最小能耗运行方面进行了优化研究,获得了在不同目标函数下的最优运行工况。并且,结合对流换热场协同理论,提出了多股流换热器运行和控制优化方法:当被控制的目标流体入口发生工况变动后,为了保证其出口工艺条件,调节不同的辅助流体所需的能量投入是不同的,其中有一种最佳的调节组合可以实现能量投入量最小。     

流量分配不均下三股流板翅式换热器数值研究

建立了流量分配不均下多股流板翅式换热器通用传热数学模型,并通过FLUENT仿真和自主编程相结合的方式实现了板翅式换热器数值计算。以机载交叉式三股流板翅式换热器为例,通过与文献试验数据对比论证了数值方法的合理性,分析了变流体比热容、流体入口温度和流体流动阻力条件下流量分配不均对多股流板翅式换热器传热性能的影响。     

场协同下F的多股流换热器换热性能研究

本文在建立了多股流换热器的通用数值求解程序的基础上,综合考虑了多股流换热器由于通道排列效应和旁通效应产生的温度场、速度场和温差场的相互协同作用,重点分析了不同流体组织结构对多股流换热器性能的影响.最后,从场协同的角度,本文提出了流场组织协变温差场的多股流换热器性能优化方法.     

板翅式换热器的动态特性分析解

本文用四个连接矩阵描述多股流换热器通道的连接方式、流体的分流和旁通,获得了多股流换热器及其网络动态特性的通用分析解。应用Pingaud模型对板翅式换热器翅片的动态特性进行简化,从而使该通用解可用来求解多股流板翅式换热器的动态特性。通过计算结果和实验的比较,证明此通用解适用于板翅式换热器动态特性求解。     

多股流换热器的(火积)耗散热阻分析

在分析多股流换热器特点的基础上,考虑流体在通道出口非等温混合产生的(米积)耗散,将板翅式多股流换热器的(火积)耗散分为通道换热(火积)耗散和混合(米积)耗散两部分,定义了多股流换热器的(米积)耗散热阻。通过对不同通道排列下的多股流板翅式换热器的计算,发现多股流换热器换热量与其(米积)耗散热阻一一对应,(米积)耗散热阻越小,换热量越大。在对多股流板翅式换热器的通道进行排列时,应采用冷热通道间隔布置的形式,并使冷热通道的换热负荷相近。     

具有前置公用工程的换热器网络的通用解法

本文在罗行等人提出的分级超结构换热器网络的通用解的基础上,提出一种将热冷公用工程放置于换热器网络每一级的冷热流体之前的带分流的分级超结构换热器网络数学模型,并根据这种新型的模型推导出换热器网络的出口温度和每一级流股节点的温度的计算公式,从而增强了分级超结构换热器网络模型的适用性.最后用实例证明所提出的数学模型的正确性.     

基于改进的SWS模型的换热网络优化研究

换热网络优化属于混合整数非线性规划问题,费用计算呈现的严重非线性以及大量表示换热器有无0-1整型变量的存在都使得问题的求解严重受制于网络的规模。基于分级超结构模型,本文提出允许公用工程灵活布置的换热阿络表示形式,处理流股匹配时单体换热器出现温度交叉的传热计算,扩大了求解域并实现了换热网络模拟的顺序计算。采用微分进化算法,通过设置换热器最小热负荷约束指导换热网络结构进化,建立了适用于换热网络的优化方法。通过具体算例证明基于该改进模型及微分进化算法建立的换热网络优化方法可以求解得较好的换热网络设计。     

基于结构性能连续性原理的多股流换热器通道排列优化

本文依据多股流换热器的通道排列的结构性能连续性原理,分别对四股流13通道和17通道空分用多股流换热器的结构性能连续性序列进行了生成.与此同时,将所有这些基于微小变化下的通道排列方式进行换热器的热计算.从得到的计算结果看到,各种微小通道排列布置差异的换热器对应的性能变化也是微小连续的,并且呈现出区域连续性,因此可以采用模拟退火算法进行进一步的多股流换热器通道排列的优化布置.     

基于虚拟分配混合的(?)分析方法

在工业生产和日常生活中的换热网络大多属于多股流换热,为了将煨分析拓展到该类型换热过程的优化分析中,本文提出了基于虚拟分配和混合的(火积)耗散热阻定义与方法,将多股流换热网络等效为两股流换热网络。对两类典型的三股流换热网络进行分析表明,利用虚拟分配混合计算得到的(火积)耗散热阻与换热量一一对应,最小热阻原理成立。     

来流温度速度不均匀时换热器效能的分析

本文得出了逆流换热器来流温度分布不均匀、相变叉流换热器单相侧来流温度分布不均匀不影响换热器效能的结论；来流速度分布不均匀削弱了换热器的传热，温差场均匀性因子愈大效能愈高，即“换热器温差场均匀性原则”也能指导来流速度分布不均匀的逆流和相变叉流换热器的热分析。     

CPU散热器散热效果分析

对平直型散热器在顶送风和侧送风进行了数值模拟,结果表明顶送风温度场左右对称,而侧送风入口温度较低、出口温度较高,固体区域温度比侧送风时整体降低了10℃左右,强化了散热器散热。因此对于不均匀热源应在基板上尽量分开布置,功率密度前密后疏型布置可以有效降低基板温度。要根据流场和温度场的耦合关系来设计散热器的形状,充分利用流场。可以增加风扇风速或充分利用风扇出口处高速区域,来增加散热器的换热系数从而降低热阻。     

Numerical research of stream analysis on helical baffles heat exchangers

In this paper, the numerical simulations for a helical baffles heat exchanger and a segmental baffles heat exchanger with component clearance are performed to reveal the features of leakage streams and their effect on heat exchanger performance. Helical baffles heat exchanger models with four different angles and segmental baffles heat exchanger model were established and calculated via Gambit and Fluent software. The results reveal that the heat exchanger with a 40° helix angle shows the best comprehensive heat transfer performance in turbulent state, and the heat exchanger with a 50° helix angle shows better comprehensive heat transfer performance in laminar flow state. The leakage streams proportion of the helical baffles heat exchanger varies from 5.5% to 6.1%, compared with the leakage streams proportion changes from 16.6% to 21.0% in the segmental baffles heat exchanger. In both turbulent flow state and laminar flow state, with the rise of shell-side Reynolds number, the main spiral stream B proportion decreases and the leakage streams proportion increases in the segmental baffles heat exchanger, while the stream B proportion increases and the leakage streams proportion decreases in helical baffles heat exchanger. The proportion of stream B increases with the increase of the helix angle β and the proportions of leakage streams decrease with the increase of β. The proportion of the tube-baffle leakage stream A increases in radial direction. Both the proportion of stream A and that of the baffle-shell leakage stream E fluctuate in the intermediate zone in axial direction; the stream A proportion decreases at the inlet and outlet zone, while the stream E proportion increases at the inlet and decreases at the outlet zone. The results of this paper could be of great significance in the optimal design and manufacture of the helical baffles heat exchanger.     

超结构换热器网络综合优化的遗传/模拟退火算法-Ⅰ.改进的换热器网络通用解方法

在换热器网络的最优化设计中,为计算其年度总费用,必须首先得到网络中各换热器流体的进出口温度.本文提出了分级超结构换热器网络中流体温度的显式解析解.这一新算法大大降低了它对计算机内存的要求,使其能适用于大规模换热器网络的温度计算和最优综合.     

应用结构摄动策略的有分流换热网络优化

有分流节点非结构模型（NNM-SS）应用于换热网络优化时，因难以生成合适的分流结构而使优化陷入局部极值.根据NNM-SS的优化特点及网络结构中分流次数对费用的影响，提出结构摄动策略，并将其引入强制进化随机游走算法（RWCE-SS）.策略的主要思想为：在优化过程中，以一定的概率随机抽取一个无分流结构的换热器，并在该位置上生成一组新的分流结构以增加网络中的分流次数，通过对结构的摄动实现对算法搜索能力的提升.算例验证表明应用该策略改进的算法可获得更好的优化结果.     

换热网络中温度交叉结构的分析与处理

在以换热量作为待优化连续变量的换热网络优化问题中，流股匹配可能出现温度交叉，常以惩罚函数法处理存在温度交叉的不可行结构.然而，当采用强制进化随机游走算法时，由于其接受差解的变异操作，温度交叉结构可能以差解的形式被接受，对优化进程产生负面影响而降低优化效率.因此，首先分析换热网络中温度交叉结构的成因，接着分析该不可行结构对算法优化进程的消极作用，然后提出一种处理方法，当种群中个体随机游走到不可行域时，强制使其回到可行域内的原位重新优化，从而提升算法优化效率.     

Minimization of Entropy Generation Rate in Hydrogen Iodide Decomposition Reactor Heated by High-Temperature Helium

The thermochemical sulfur-iodine cycle is a potential method for hydrogen production, and the hydrogen iodide (HI) decomposition is the key step to determine the efficiency of hydrogen production in the cycle. To further reduce the irreversibility of various transmission processes in the HI decomposition reaction, a one-dimensional plug flow model of HI decomposition tubular reactor is established, and performance optimization with entropy generate rate minimization (EGRM) in the decomposition reaction system as an optimization goal based on finite-time thermodynamics is carried out. The reference reactor is heated counter-currently by high-temperature helium gas, the optimal reactor and the modified reactor are designed based on the reference reactor design parameters. With the EGRM as the optimization goal, the optimal control method is used to solve the optimal configuration of the reactor under the condition that both the reactant inlet state and hydrogen production rate are fixed, and the optimal value of total EGR in the reactor is reduced by 13.3% compared with the reference value. The reference reactor is improved on the basis of the total EGR in the optimal reactor, two modified reactors with increased length are designed under the condition of changing the helium inlet state. The total EGR of the two modified reactors are the same as that of the optimal reactor, which are realized by decreasing the helium inlet temperature and helium inlet flow rate, respectively. The results show that the EGR of heat transfer accounts for a large proportion, and the decrease of total EGR is mainly caused by reducing heat transfer irreversibility. The local total EGR of the optimal reactor distribution is more uniform, which approximately confirms the principle of equipartition of entropy production. The EGR distributions of the modified reactors are similar to that of the reference reactor, but the reactor length increases significantly, bringing a relatively large pressure drop. The research results have certain guiding significance to the optimum design of HI decomposition reactors.     

组合式发动机进气道的冷却研究

针对空天飞机组合发动机进气道的冷却要求，采用冲击－对流复合冷却技术对进气道进行强化冷却试验，按照得出的冷却结构各部分传热经验公式，用温度200K，压力1MPa低温氢作冷却剂，算出进气道的冷却热流密度，证明所用结构可以满足进气道冷却要求。     

加装导流罩的大功率LED强化换热特性研究

针对大功率LED光源存在的散热问题,在风冷散热条件下,对加装导流罩的大功率LED散热器进行优化设计。在肋片结构参数固定的条件下,利用流体分析软件对导流罩的内径、高度、进气口直径以及散热器肋片夹角进行优化。通过改变这些参数来改变散热片表面气体流体的流形、风速等值,最终改变肋片表面对流换热系数。获得的导流罩和肋片夹角参数:导流罩高度85 mm,进气口直径76 mm,出气口直径83 mm,散热器肋片夹角9。通过优化使散热器温度有一定程度的降低,为大功率LED灯具散热设计提供了一种优化方案。     

智能调整接受差解几率的RWCE算法

强制进化随机游走算法（RWCE）应用于换热网络优化,具有算法流程简洁、结构进化能力强等特点。其中接受差解几率对个体跳出局部最优有重要的影响。本文统计优化后期连续变量和结构变量使得年综合费用下降的次数,分析二者对优化进程的影响,讨论接受差解几率在个体优化进程中所起的作用,提出一种通过判别差解结构与原结构的异同来智能调整接受差解几率的换热网络优化方法。该策略进一步强化个体的结构进化与跳出局部极值的能力,通过算例证明了策略的有效性。