基于耗散理论的螺旋板式换热器多目标优化设计.pdf

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1、24电力与能源第34卷第1期2013年2月基于炽耗散理论的螺旋板式换热器多目标优化设计蔡飞，吴吁生(华东理工大学机械与动力_T程学院，上海200237)摘要：在煅理论的基础上，分析了螺旋板式换热器运行过程中，传热和压降引起的朋耗散数与冷流体出口温度和冷、热流体的流速的关系。利用多目标遗传算法，以传热和压降引起的炽耗散数最小为目标，对流体出口温度和冷、热流体的流速的组合进行了优化。给出了优化实例，根据优化解对优化效果进行了评价，指出采用优化解对换热器进行设计，可以减少流体流动的压降减少水泵用能，而且可以减少传热单元数、降低设备的投资和运行费用，提高换热器的经济性

2、。关键词：流体流速；多目标遗传算法；优化设计中图分类号：TK172文献标志码：A文章编号：2095—1256(2013)O1—0024—03OptimalDesignforSpiral-PlateHeatExchangerbyMulti-objectiveGeneticAlgorithmOptimizationCaiFei，WuYusheng(EastChinaUniversityofScienceandEngineering，Shanghai200237，China)Abstract：BasedOiltheanalysisofthestructureofth

3、espiralplateheatexchanger，determinestherelationshipbetweenstructureparameters，suchasplatespace，andfluidvelocity，theexporttemperatureparametersofspiralplateheatexchangerplate，usemulti—objectivegeneticalgorithmtooptimizethepracticalexample，obtainmoreeconomicandreasonableparametersofpl

4、atespaceandfluidflow，promotetheperformanceoftheheatexchanger，achievethepurposeoftheoptimizationdesign．Keywords：Fluidvelocity；Muhi-objectivegeneticalgorithm；Optimization螺旋板式换热器体积小、效率高、制造简单、力。；郭江峰等根据煅理论定义了传热引起的煅成本较低，能进行低温差换热，在国外很早就使用耗散数，用于评价换热器的整体性能。通常，换热在废液废气的余热回收中，我国的烧碱厂也很早器的煅耗散数越小，

5、换热器的传热能力越好。就利用螺旋板式换热器进行电解液加热和浓碱液传热引起的炽耗散数]：冷却。但是螺旋板式换热器承压能力有限口]。本亡一(1)文将采用当下最流行的NSGA2进化算法，并以炽耗散_2最小化为目标对选择的算例进行优化，式中：e为换热器的效率；C和C分别为热冷流体的热容从而重新确定螺旋板式换热器的结构尺寸，使其流量(流体的质量流量与比热容的积)，J／(S·K)；C为这两个热容流量比，当C

6、煅耗散。当换热器中的两流体论：采用煅的概念描述一个物体传递热量的能均为不可压缩流体时，压降引起的煅耗散数：E一一APl1+Ape1‘(T1T2))一一ln1+(1一e)]⋯l唔(1]式中：△户和△p分别为热冷流体的压降；10和10分别为热冷流体的密度pc和cz分别为热冷流体的比热容；T和分别为热冷流体的入口温度。蔡飞，等：基于炽耗散理论的螺旋板式换热器多目标优化设计25决定传热引起炽耗散数的换热器效率e，与2遗传算法的实现温差等有关：为了利用遗传算法对螺旋板式换热器的性能1一n”，进行优化，以冷流体出口温度和冷、热流体的流速1一e((f2三个因素作为优化对象，

7、把换热过程中传热和压式中：△为对数平均温差，与冷流体出口温度有关；Q降引起的煅耗散数为目标。为传热量，可以指定；c和c分别为热、冷流体的比通过遗传算法中的优化程序不断调整参数值热容。和组合，要求两目标尽可能达到最小，获得优化参决定压降引起煅耗散数的压降，与温差和流数的折中解_7]。优化的目标函数是式(1)和式体流速等有关：(2)；目标为：^P一『—0．365Q(eo—H2-FV)+—O．O15—3Qno+4]minf(E(t2，Wh，W)，E(t2，Wh，W))，L4KVHAtRe25。2KHAt。_J2本文应用的是多目标进化算法中的(4)NSGA2，NSGA

8、2是DEB在NSGA的基础上提式中：为