基于遗传算法的交错波纹板换热器表面传热系数的分离

为了获得交错波纹板换热器表面对流换热规律,通过实验测定了典型100 kW微型燃气轮机交错波纹板换热器的传热系数,提出了采用遗传算法将表面传热系数从传热系数中分离出来的方法.该方法以换热准则关系式中4个系数变量作为待寻找最佳值的待求变量,并进行搜索和优化,由此获得关联式系数来预测传热系数,成功分离出表面传热系数.该分离方法具有通用性,可灵活方便地研究各种此类换热器的传热性能.所预测的传热系数与实验获得的传热系数接近,能准确地反映换热的真实规律.     

基于分级超结构的换热网络改造优化

建立了基于分级超结构模型的换热网络改造同步优化数学模型。该模型不依赖于夹点约束,不需要预先给定最小传热温差,能够有效权衡改造投资费用与运行费用之间的关系。改造投资费用中考虑了现有换热器的重新配置费用、现有换热器新增传热面积费用和新增换热器费用,符合工程实际要求。针对换热网络改造优化数学模型具有不连续和非线性的特点,数学模型的求解采用双层优化策略,其中表示网络结构调整的离散变量优化利用遗传算法,而表示操作参数的连续变量优化利用粒子群算法优化。2个不同规模的换热网络改造算例用于验证所提出方法的有效性。     

管翅式换热器遗传算法优化

管翅式换热器作为一种高效的换热设备,提升其换热效率和降低投资成本显得至关重要。通过单目标遗传算法(GA)和多目标非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对管翅式换热器进行优化设计,设置翅片高度、翅片间距、管长、横向管数和纵向管数5个自变量的合理设计范围,单目标优化选用换热器效率、压降熵产和最大收益3个目标函数,根据热力学第一、二定律以及经济分析进行目标优化,比较三者的优化结果从而得到最佳优化目标函数,以及在特定运行条件下换热器的最佳设计方案,其中运行净利润能直接反应出换热器效益;多目标采用单目标优化中换热器传热效率和总投入为目标函数,进一步验证优化的合理性和经济性。     

隔代强制进化遗传算法在换热网络优化中应用

在对换热网络分级超结构及其数学模型分析的基础上,对网络综合优化问题进行了研究．针对普通遗传算法及其它优化算法无法保证网络优化质量和效率的缺点,对遗传算法进行了改进,提出了换热网络隔代强制进化遗传算法。该方法将换热网络结构信息转化为种群中染色体信息,利用种群的进化实现网络结构的优化,在进化过程中使用隔代强制策略,使种群向更优方向稳步进化,保证各代优化结果的有效性,降低最优群体的生成代数,并利用最优个体保存技术记录优化过程中最佳换热网络结构。采用此方法对具体换热网络实例进行了优化综合,结果表明：隔代强制进化遗传算法能在网络优化过程中避免早熟收敛而陷入局部最小点的现象,使搜索质量和效率得到有效提高。用隔代强制进化遗传算法对有分流和无分流换热网络进行优化综合,均能获得综合性能良好的网络结构。     

换热网络优化的研究进展

换热流程中换热器、加热器、冷却器、混合器和分流器等组合构成换热网络。国内外对如何优化换热网络已有大量研究,提出了不同的优化方法。本文介绍夹点设计法、双最小换热温差法、人工智能法、神经网络模型法、遗传算法等具有代表性的研究进展情况。     

换热器内流动组织问题的研究

采用在换热器解网络设计中提出的窄点概念,应用于换热器内部单元的分析,以最小换热温差作为约束条件,以逆流换热为目标基准提出了一种几何图解法.此方法基于几何选代方法,按照逆流换热目标基准,可以建立流动组织的最优化目标函数;同时用叉流管柬式换热器的例子验证了在换热器设计中存在的最优流动组织问题,说明了换热器的优化设计最本质应该是优化换热器内的流动组织问题.     

基于连续性的换热网络整型变量优化策略

换热网络优化是典型的混合整数非线性问题,其整型变量(换热网络的结构)的组合情况对于其优化的走向以及局部最优解的质量具有至关重要的作用.分析了换热网络结构与性能之间的连续性特征;利用最速下降法对换热网络整形变量进行初步优化以确定合适的换热器数目,生成一系列连续变化的换热网络结构;以结构序列作为优化变量,借助换热网络性能连续性原理,将多维整型变量转换为一维连续变量,对整型变量进行启发式的连续性搜索.通过具体算例求解,该方法帮助优化过程跳出了局部最优的陷阱,并得到了较好的优化结果.     

螺旋扭曲椭圆管换热器壳程数值模拟

以水为介质,采用k-ε模型,用数值模拟方法研究了5种不同结构的螺旋扭曲椭圆管换热器的管外壳程传热与流阻性能,并和采用椭圆管作为换热部件的换热器进行了比较.研究结果表明,螺旋扭曲椭圆管换热器壳程有较好的强化换热特性,螺旋扭曲椭圆管的几何尺寸和流体流动速度对壳程传热与流阻性能有重要影响.通过数值模拟所获得的规律为螺旋扭曲椭...     

改进精度的换热网络优化遗传算法

在换热网络分级超结构及其数学模型基础上,提出了改进精度的换热网络优化综合遗传算法,该算法采用三层优化结构,利用中间层修正换热系数和流体物性,在计算量上升不多的情况下,从本质上提高了换热网络优化过程中的精度。采用此方法对炼油厂常减压系统进行优化,得到了良好的效果。     

碳纤维换热器换热性能实验研究

为了解决烟气余热利用中换热器低温露点腐蚀问题,提出了一种新型碳纤维换热器。并以碳钢换热器作为对比进行了实验,实验测量了碳纤维、碳钢两种材料换热管的导热系数;利用烟风换热实验监测系统动态模拟火力发电厂锅炉尾部烟道换热器换热过程,在相同工况下实验测试了两种材料换热器的换热性能。结果表明:本实验所用碳纤维换热管导热系数大于碳钢换热管;碳纤维换热器整体换热性能弱于碳钢换热器,原因是为防止碳纤维换热器渗水,外表面涂敷了一定厚度的树脂材料,导致碳纤维换热器整体换热性能下降。     

换热管内旋向自交叉转子强化传热性能研究

利用综合传热性能实验台,研究对比旋向自交叉转子、同向转子的换热器和光管的传热性能。结果发现:通过Webb性能比较方法,在同样面积和同等泵功率情况下,同向转子比光管换热器的换热量最大可提高为6.99%,而旋向自交叉转子比光管的换热量最大可提高8.11%,并计算推导了旋向自交叉转子与同向转子、光管之间的准则关联式;同时研究了换热量与转子外径的关系,结果发现换热量随转子外径变大而增多。     

结构参数对电厂翅片管散热器动态特性的影响

散热器经常处于变化的工作条件中,研究散热器的动态特性有助于改善间接空冷系统的安全和经济运行,而散热器的结构参数会影响其动态特性。根据能量守恒建立了散热器空气、管壁和循环水的热平衡偏微分方程,采用改进欧拉法对偏微分方程组进行求解。以迎面风速阶跃变化为典型工况,研究了换热面积、换热系数和工质体积对散热器动态特性的影响。结果如下:当空气侧换热面积增加时,散热器换热量增大,两个稳态之间的空气出口温度差值不变,循环水出口温度差值增加,空气侧响应时间增加,循环水侧响应时间不变。当循环水侧换热面积增加时,散热器换热量增大,两个稳态之间的空气和循环水出口温度差值不变,空气侧和循环水侧的响应时间也不变。换热系数变化时,散热器动态过程的变化规律与换热面积变化时类似。空气侧工质体积变化对散热器动态特性没有影响。循环水侧工质体积增大会使得动态响应时间变长。     

不同管间距的垂直U型地埋管换热实验研究

对不同管间距的垂直U型地埋管进行了夏季工况连续实验,比对单U地埋管换热器不同管间距下的单位井深换热量、管群内土壤温度变化和系统运行情况,结果表明,管间距越大,单U换热器和土壤之间换热效果越好,管群内的热干扰越弱;管间距过小,系统内换热器的换热情况将恶化,导致不能长期稳定运行。     

板式换热器单边流动与对角流动数值模拟

基于传热学控制方程,采用数值计算方法,对板式换热器单边流动和对角流动时的流动与换热特性进行分析。在分析过程中保持换热器的结构参数不变,只改变进出口的流动方式,结果发现:在相同的流速下,单边流动的总对流换热系数要高于对角流动,而总压降单边流动要低于对角流动,在流速u=0.6 m/s工况下,努谢尔数单边流动比对角流动高出10.87%,压降对角流流动比单边流动高出5.13%。随着进口流速的增大,单边流动与对角流动的冷热流体进出口温差均减小,而且减小的趋势对角流动要大于单边流动,摩擦因子f和传热因子j逐渐减小。单边流动的流动和传热特性要优于对角流动。     

螺旋槽管换热过程的三维速度场与温度场耦合数值模拟

根据螺旋槽管换热器结构特点及传热特性,建立了以水为工质的换热器流动与传热的三维几何模型。运用有限元分析软件ANSYS模拟出换热器在换热过程中速度场与温度场的状况,分别得到了螺旋槽管内壁与外壁的对流换热系数。结果表明:槽深越大,随着Re增大,换热性能越好;当Re较小时,螺距越大,换热效果降低。其与该类光管换热器相比,得出螺旋槽管的换热系数是光管的2.5倍左右,强化了传热,为此产品的进一步理论研究和推广应用提供了依据。     

换热技术从大型化向微小化的发展

在分析传统换热器结构特点的基础上,具体分析了目前常用紧凑式换热器的结构、性能及应用情况,阐述了微型化学（化工）机械系统的发展及应用情况。以氨冷器为例,分别进行了板翅式换热器和另一种高效的小型换热装置——热管换热器的设计,表明板翅式换热器具有更加高效的换热效率和紧凑的结构,由此综合说明了换热技术从大型化向紧凑化、微小化发展的必然趋势。进一步以典型的微型化换热器装置——微通道换热器、微通道蒸发器和微通道加热器为例,具体分析了微型换热技术广阔的应用前号。     

两种用于HCPV/T的水冷换热器传热特性的对比实验研究

本文对两种适用于高倍聚光发电供热（HCPV/T）系统的多槽道和微通道水冷换热器进行了实验研究。利用模拟热源模拟了HCPV/T系统中光伏电池工作时的热流密度,分别研究了流量、壁面温度和输入电压对两种换热器传热特性的影响,并利用传热学理论对两种换热器的特点进行分析,获得了两种换热器努赛尔数Nu与雷诺数Re的拟合经验公式。实验结果表明,微通道换热器在低流量下有较强的换热能力,但在高流量下,换热能力无法随流量增大继续提高;多槽道换热器在低流量下换热能力不佳,但在高流量下仍可随流量增大继续提高。     

Alternative Approach in Optimization of Plate Type Heat Exchangers

Plate type heat exchangers are widely used in process industries for gas/gas applications. Typically, these exchangers prove to be very efficient, especially as air preheaters in process furnaces or in equipment used in environmental protection (e.g., in units for thermal disposal of wastes).

For economic reasons, there is a need for a new optimization approach for plate type heat exchanger design and operation. The objective function is to achieve a minimal total annual cost of heat exchangers. Pressure drop and heat transfer are interdependent, and both of them strongly influence capital and operating costs of any heat transfer system. In designing a heat exchanger, it is necessary to determine the optimal dimensions of the apparatus with the given conditions of the equipment operation.

The goal is to obtain the most economically optimal design. An economic assessment allows a comparable estimation of various alternatives. The total annual cost consisting of fixed and variable costs of the heat exchanger was selected as a criterion that summarizes different factors of influence into one objective function. Major cost components of a heat exchange system are as follows: capital, operating and maintenance costs of air and flue gas fans, and capital and maintenance costs of the plate type heat exchanger.

The application of the developed optimization approach is demonstrated through practical industrial examples.     

HYSYS流程模拟技术在丁辛醇装置用能优化方面的应用

分析了大庆石化公司丁辛醇装置工艺流程中用能优化的潜力,即可增没换热器,实现温度较低的精EPA与温度较高的粗EPA的换热,充分利用内部循环热能,同时可节约冷却水和加热蒸汽用餐。介绍了利用HYSYS流程模拟技术．通过采用定义虚拟组分来计算增设换热器换热面积的计算方法。根据模拟计算结果,采用换热面积为35m^2的新增换热器,每年节约1．3MPa蒸汽1×10^4t、冷却水28×10^4t。     

Minimizing the entropy production in heat exchange

We present a theoretical proof that the entropy production due to heat exchange in a heat exchanger is minimum when the local entropy production is constant in all parts of the system. The solution for the minimum is independent of the value of the heat transfer coefficient. The general case is compared to the minimization problem that has equipartition of forces as solution. It is found that equipartition of forces predicts the minimum from the general solution well for typical heat exchange conditions. The discrepancy between the two solutions depends largely on the temperature dependency of the heat transfer coefficient. The optimal heat exchange conditions are very well approximated in practice with a counter-current heat exchanger; since the minimum in the entropy production space probably is flat.