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热声系统的多目标优化

蒋智杰  
【摘要】:热声热机是一种能实现声能与热能转换的全新装置。其中将热能转化为声能的是热声发动机,用声能驱动制冷的是热声制冷机。热声热机的原理是热声效应,由于热声热机无(或少有)运动部件,所用的能源可以为低品位能源,以及寿命长,无污染等优点,因此吸引着国内外学者的关注和研究。但热声热机系统也存在着转化效率低的缺点,所以研究优化热声热机具有重要意义。本文在前人研究的基础上,采用多种目标,对热声热机系统进行参数优化,本章的重要阐述分三个部分:1、对热致声方向的热声发动机研究。在复指数传热规律下建立热声热机微力学循环模型,考虑热漏、热阻和其他内不可逆性的情况下,利用有限时间热力学,导出热声发动机的输出功率和效率,进而在前人的基础上将热力学和?结合起来分析,导出热声制冷机的?经济性能界限,并应用于热机分析,通过研究换热器两端高低热源温度比值的影响,获得热声发动机的效率及?经济性能的最优效果。2、对声致热方向的热声制冷机机研究。研究内容类似热声发动机,首先建立复指数传热规律下的不可逆热声制冷机循环模型,在该循环模型下引入目标函数Ω,运用有限时间热力学的方法对目标函数优化,通过改变过变换换热器两端高低热源温度比值,寻求系统的最优状态;运用有限时间热力学的方法,对热声制冷机在复指数传热规律下进行经济性优化,得到了?经济性能随高低热源温度比变化的曲线图,分析了热声制冷机的?经济优化性能。3、热声制冷机的多目标优化。研究分两个部分,在考虑热漏,热阻,不可逆因素下的情况下,建立复指数传热规律下不可逆热声制冷机循环模型。一是以热声制冷机输入功率P,系统输出率A,系统不可逆损失率Q,制冷率R构建多目标函数,采用线性加权评价函数法求解,对热机多目标优化,分析出系统的最优性能解。二是用最小-最大值法对热声制冷机模型进行多目标优化分析。最小-最大值多目标优化法得出的最优解是离各个优化目标函数最优值有最小偏移量的点,平衡了各个目标函数,使得在热机系统性能应用上达到最优点。


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