第9章-熱質(zhì)交換原理 熱質(zhì)交換設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能評(píng)價(jià)

2018/9/814-1第九章

熱質(zhì)交換設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能評(píng)價(jià)《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》14-22023/11/28（9.1節(jié)的“熱質(zhì)交換設(shè)備仿真建模方法”是選修內(nèi)容）目錄9.2熱質(zhì)交換設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析9.3熱質(zhì)交換設(shè)備的性能評(píng)價(jià)9.2熱質(zhì)交換設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析(1)基本原理用最優(yōu)化的方式使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最佳值。目標(biāo)函數(shù)：最優(yōu)化的一般形式：約束條件：

式中：表示一個(gè)由n個(gè)設(shè)計(jì)變量所組成的矩陣。2023/11/2814-3(2)最優(yōu)化設(shè)計(jì)方法舉例（以熱交換器的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題為例）經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：C-輸送熱交換器中流體所需能耗費(fèi)用；D-熱交換器的投資費(fèi)用；n-使用年限。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化，該問(wèn)題可轉(zhuǎn)換為以空氣流速w2為設(shè)計(jì)變量的一維無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題：2023/11/2814-4最終可得到兩條曲線：繪制于同一圖上，進(jìn)行疊加，即得到經(jīng)濟(jì)指標(biāo)隨流速w2的變化曲線，其最低點(diǎn)的流速為最佳流速，相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)即為最優(yōu)值。2023/11/2814-59.3熱質(zhì)交換設(shè)備的性能評(píng)價(jià)四項(xiàng)基本要求：1）保證滿足生產(chǎn)過(guò)程所要求的熱負(fù)荷2）強(qiáng)度足夠及結(jié)構(gòu)合理3）便于制造、安裝和檢修4）經(jīng)濟(jì)上合理下面對(duì)一些評(píng)價(jià)方法和性能指標(biāo)做簡(jiǎn)要介紹2023/11/2814-6(1)熱質(zhì)交換設(shè)備的單一性能評(píng)價(jià)法性能指標(biāo)：冷、熱流體溫度效率：熱交換效率：以及傳熱系數(shù)K，壓力降ΔP等。優(yōu)點(diǎn)：使用簡(jiǎn)便、效果直觀，在一定可比條件下具有一定的科學(xué)性，工業(yè)界廣泛采用。缺點(diǎn)：難以比較不同熱質(zhì)交換設(shè)備之間或者設(shè)備傳熱強(qiáng)化前后的熱性能的高低。2023/11/2814-7(2)傳熱量與流動(dòng)阻力損失相結(jié)合的熱性能評(píng)價(jià)法指標(biāo)：Q/N，即消耗單位流體輸送功率（N）所傳遞的熱量（Q）。優(yōu)點(diǎn)：將傳熱量和阻力損失結(jié)合為一個(gè)指標(biāo)。缺點(diǎn)：只能從能量利用的數(shù)量上反映設(shè)備的熱性能，不能充分反映能源利用的合理性。2023/11/2814-8(3)熵分析法指標(biāo)：熵產(chǎn)單元數(shù)NS（NumberofEntropyProductionUnits）通過(guò)簡(jiǎn)單的傳熱模型轉(zhuǎn)換，得到：

-質(zhì)量流率；-流體密度；-單位長(zhǎng)度上的傳熱量；

-流體壓力；-流體的絕對(duì)溫度；-壁溫與流體溫度差。越接近零熱質(zhì)交換設(shè)備越接近理想狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)：將熱性能評(píng)價(jià)指標(biāo)從能量數(shù)量上的衡量提高到能量質(zhì)量的評(píng)價(jià)。2023/11/2814-9(4)?分析法?效率：E1,i、E1,o—熱流體流入流出的總?；E2,i、E2,o—冷流體流入流出的總?。類似于熵產(chǎn)單元數(shù)NS那樣，從能量的質(zhì)量上綜合考慮傳熱與流動(dòng)的影響；從可用能的被利用角度來(lái)分析，越大越好2023/11/2814-10(5)縱向比較法該方法專門(mén)針對(duì)具有強(qiáng)化傳熱表面的熱交換器。按強(qiáng)化目的分類，進(jìn)行單向性能的比較。例：WebbR.L提出的一套完整的評(píng)價(jià)依據(jù)PEC(PerformanceEvaluationCriteria)優(yōu)點(diǎn)：可以優(yōu)選出某種確定的傳熱表面強(qiáng)化技術(shù)下針對(duì)某種目的的最佳幾何結(jié)構(gòu)，并比較出哪一種強(qiáng)化技術(shù)下的效果最佳。缺點(diǎn)：不夠全面2023/11/2814-11(6)兩指標(biāo)分析法指標(biāo)：緊湊性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)于正三角形排列套平鋁類片管簇?fù)Q熱器，

緊湊性指標(biāo)：

經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)：優(yōu)點(diǎn)：對(duì)換熱設(shè)備的優(yōu)化提供了良好的思路和方法。缺點(diǎn)：性能關(guān)系式以及經(jīng)濟(jì)參數(shù)的獲取困難。2023/11/2814-12(7)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法定義：把技術(shù)和經(jīng)濟(jì)融為一體，用熱力學(xué)第二定律分析法與經(jīng)濟(jì)優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，對(duì)一個(gè)系統(tǒng)或