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多股流换热器通道排列优化设计研究

郭佳  
【摘要】:换热器是能源系统利用中的重要设备,而多股流换热器是多种流体同时进行换热的热交换设备,能够同时实现多种流体的热交换,不但能使设备的投入费用大幅度降低,而且可以实现特殊的工艺过程,故被广泛应用于石油化工、航空、动力机械、车辆、电子等领域。从流体的组合方式上考虑,多股流换热器与两股流换热器相比结构更为紧凑,而且换热过程更为复杂,在流动和传热方面亦呈现出许多新特点和问题。比如在多股流换热器的设计过程中,较为复杂的一个问题就是如何进行冷、热流体的通道分配与流体通道排列方式的选择等问题,目前还没有成熟理论和方法。 鉴于此,本文以提升多股流换热器的综合性能为目标,以蒙特卡罗法与模拟退火算法作为理论工具,以多股流换热器结构性能连续性原理为基础,建立了一种操作性强的、评价指标科学的多股流换热器通道排列优化方法,主要工作和取得的成果如下: 首先,根据化工过程系统中的性能连续性原理,提出了多股流换热器结构性能连续性原理,随后进行多股流换热器结构性能连续性原理在通道排列上的理论验证,为下一步算法的引入进行了前期的理论证明; 继之,采用蒙特卡罗随机抽样的通道排列优化方法,得到相对于确定流体组织下的基于换热量最优的通道排列布置方案,实现了给定流体组织的多股流换热器的优化设计计算; 在前述工作的基础上,进行连续性序列的生成:包括逐位递进序列、基于子程序的序列、M进制序列的生成。研究分析影响不同通道排列变化方式得到的换热器性能连续性,得到一种较优的通道排列性能连续性变化序列的生成方案;最后,利用生成的结构性能连续性序列,引入模拟退火算法实现多股流换热器的全局优化,得到了一种实用、有效的多股流换热器通道排列优化方法。 总之,本文开拓了多股流换热器通道排列优化的一种新方法。即将随机抽样方法和模拟退火方法相结合,分别获得多股流换热器通道排列方式的相对最优解和全局最优解,将换热能力评价指标应用到优化过程之中,建立了一种操作性强的多股流换热器通道排列优化方法。


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