[火积]耗散数及其应用

基于描述物体热量传递能力的物理量——(火积),定义了用于评价换热器整体性能的(火积)耗散数.发现在传热单元数和热容率比一定时,(火积)耗散数越小,换热器性能越好.通过分析(火积)耗散数随换热器有效度的变化规律,发现(火积)耗散数避免了熵产数导致的"熵产悖论",并可作为评价不同流动型式的换热器整体性能的标准,因而和改进的熵产数相比,具有明显优势.同时(火积)耗散数体现了换热过程中冷热流体不均衡引起的不可逆性.

基于(火积)耗散数最小的板翅式换热器优化设计

本文以传热和阻力引起的总(火积)耗散数最小为目标,在给定热负荷的情况下对工作流体为理想气体的板翅式换热器进行优化。结果表明,优化后传热(火积)耗散数和阻力(火积)耗散数都得到了大幅减小,而后者减小的幅度更大。随着总(火积)耗散数的减小,换热器有效度有所增加,而消耗的风机功率大幅减小,从而提高了换热器整体性能。

重力热管蒸汽发生器热力学分析

为挖掘热管蒸汽发生器回收余热的潜能,基于耗散理论,对不考虑黏性耗散影响和考虑黏性耗散影响的两种情况,分别推导出无量纲参数(耗散数和耗散数)的表达式,并结合工程案例,分析了热管蒸汽发生器烟气侧入口处迎风面流速、热管外径及热管蒸发段长度等参数对耗散数和耗散数的影响,并给出一些有关热管蒸汽发生器设计的建议.研究表明:当不考虑黏性耗散影响时,耗散数和耗散数的变化趋势与温度耗散的变化趋势相同;当考虑黏性耗散影响时,耗散数和耗散数的变化趋势与温度耗散和压力耗散乘积的变化趋势相同,且耗散数比耗散数对迎风面流速、热管外径和热管蒸发段长度等参数变化的响应更敏感.上述方法为热管余热回收装置的热力学性能研究提供了参考.

换热器设计中的(火积)耗散均匀性原则

本文建立了耗散均匀分布原则(EoED):在给定热负荷和换热面积条件下,当局部耗散率在换热器中均匀分布时,总的耗散率取得最小值.并且证明了当传热系数不固定时,耗散均匀分布所得出的总耗散率小于温差均匀分布所得出的总耗散率,而有效度大于温差均匀分布的结果.如果假设换热系数固定,则耗散均匀分布等价于冷热流体的温差均匀分布.发现用熵产均匀分布原则和耗散均匀分布原则对换热器进行优化得出的熵产和耗散不相同.本文从理论上分析了熵产最小法与耗散最小法的适用范围:前者用于换热器的优化是基于使做功能力损失最小,而后者没有涉及到做功过程.并举例验证了熵产最小法与耗散最小法的区别,计算结果表明熵产数不适用于不同换热器间性能的比较,因为它直接依赖于流体的出入口温度;而耗散数不直接依赖于流体的出入口温度,因此,更适合作为不同换热器之间性能比较的标准.

基于火积理论的螺旋折流板换热器结构优化

首次应用火积理论对螺旋折流板换热器进行优化结构分析。选取50%搭接的18°和27°的螺旋平面折流板换热器和改进的螺旋折面折流板换热器作为研究对象,且分别应用传热性能综合评价(PEC)准则和火积耗散理论对实验数据进行了分析。结果表明:随着有效度和传热单元数的增加,火积耗散数均减小。18°螺旋折流板换热器的性能明显优于27°螺旋折流板换热器,且在有效度或传热单元数相同的情况下,改进后的螺旋折面折流板换热器的性能也均优于螺旋平面折流板换热器。火积耗散理论与PEC准则分析结果的一致性,证明了火积理论对螺旋折流板换热器性能分析的适用性。同时发现,传热火积耗散数的大小是阻力火积耗散数的上千倍,说明传热火积耗散在总火积耗散中占重要地位。这对火积理论应用于螺旋折流板换热器的传热和阻力性能研究具有重要意义。

基于遗传算法的三叶孔板换热器优化设计

通过Matlab软件,用遗传算法对三叶孔板换热器进行了传热性能优化设计研究。基于单目标和多目标遗传算法,选取火积耗散数和总成本作为目标函数,然后编程运算。结果表明:通过优化设计,三叶孔板换热器的有效度增加,泵功减小,热容流量比减小;在相同有效度情况下,多目标函数优化后的泵功比单目标函数减小了近13.7%,说明多目标函数优化比单目标优化的结果更有优越性;多目标函数优化更具有灵活性,其得到的Pareto解可供多角度选择。

基于耗散率最小的“盘点”脉管网络构形优化

以有限温差传热和流动阻力引起的最小耗散率和耗散数为优化目标,在圆盘总面积和脉管网络总体积给定的条件下,对圆盘区域内一级、二级和三级脉管网络进行构形优化,得到耗散率和耗散数最小的各级脉管网络最优构形.结果表明当参数B1?10??时,在相同无量纲质量流率M*(1?M*?102)下,耗散率最小和熵产率最小的一级脉管网络最优构形有明显区别.对于二级脉管网络,当无量纲质量流率在1?M*?102范围内时,传热耗散和流动耗散大小相当,此时脉管网络最优构形随质量流率变化显著.在相同脉管网络总体积和圆盘半径条件下,相同无量纲质量流率时,一级、二级和三级脉管网络最小耗散数性能几乎相同;当无量纲泵功率*5?10(?1,2,3)?i W i时,随着脉管级数的增大,脉管网络最小耗散数减小,此时增加脉管网络的复杂度有利于提高脉管网络的性能.此外,还以复合耗散率为优化目标对脉管性能进行优化.优化结果可从传热优化角度为脉管系统设计提供参考.

流道排列对多介质板式换热器性能的影响分析

以■耗散数为目标函数,应用数值计算的方法分析了换热介质流道排列方式对板式换热器性能的影响。通过分析3~6个流道所包含的26种排列方式情况下的换热器耗散数及板间流动阻力损失变化,认为在相同的工况下,随着流道数量的增加,换热器总的压力损失呈阶梯降低的趋势;相同流道数情况下,冷热介质流道的排列形式对换热器耗散数影响较大;而相同的流道数量所对应的最小耗散数随流道数量的增加而降低,对多介质换热器性能的研究提供了一定的借鉴。

ADS的液态LBE-氦气换热器优化

基于遗传算法,分别以火积耗散数和总成本为目标函数,对ADS的液态LBE-氦气换热器进行多参数优化。结果表明,两种优化方法使换热器有效度分别提高10.5%和3.8%,总成本分别降低5.9%和27.0%,但优化过程分别以增加传热面积和牺牲传热性能为代价。综合对比两种优化方法得到的换热器性能、成本消耗、收益等因素,发现以火积耗散数为目标函数的优化方法更具优势。