火積耗散理論在板翅式換熱器多目標優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用.pdf

1、板翅式換熱器因其結(jié)構(gòu)輕巧、緊湊、傳熱效率高等優(yōu)點，越來越受到廣泛的關(guān)注，并成為最有發(fā)展前途的換熱設(shè)備之一。通過優(yōu)化板翅式換熱器的幾何結(jié)構(gòu)，降低不可逆耗散，提高其換熱性能，是經(jīng)濟的利用和節(jié)約能源的重要手段。本文基于火積耗散理論，應(yīng)用單目標和多目標遺傳算法，形成了板翅式換熱器的優(yōu)化設(shè)計方法。
　　 本文采用MATLAB遺傳算法工具箱提供的遺傳算法，以火積耗散數(shù)為目標函數(shù)，根據(jù)實際選用的鋸齒形板翅式換熱器的設(shè)計要求和容許壓降為約束條件

2、，編寫了一套完整的板翅式換熱器優(yōu)化設(shè)計程序。文中分別利用單目標和NSGA-Ⅱ多目標遺傳算法對鋸齒形板翅式換熱器的幾何結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，并對比分析了兩種優(yōu)化結(jié)果，發(fā)現(xiàn)多目標優(yōu)化的結(jié)果能夠明顯改善換熱器的性能。
　　 優(yōu)化設(shè)計問題主要包括設(shè)計變量、約束條件和目標函數(shù)三個元素。本文選取對鋸齒形板翅式換熱器傳熱性能影響較大的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計變量；以容許壓降和換熱器設(shè)計要求為約束條件；分別以無量綱化的總熵產(chǎn)數(shù)和總火積耗散數(shù)為目標函數(shù)，

3、建立了單目標數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，進而應(yīng)用遺傳算法求解相應(yīng)的優(yōu)化問題。通過單目標優(yōu)化計算所得到的結(jié)果發(fā)現(xiàn)：對于給定熱負荷的換熱器優(yōu)化設(shè)計，以火積耗散數(shù)為目標函數(shù)所得到的結(jié)果與以熵產(chǎn)數(shù)為目標函數(shù)所得到的優(yōu)化結(jié)果基本一致。由于通常情況下有限溫差導(dǎo)熱引起的火積耗散大于粘性流動引起的火積耗散，以總火積耗散數(shù)為目標函數(shù)進行單目標優(yōu)化設(shè)計時往往很容易忽視流體粘性的影響。為此，本文運用NSGA-Ⅱ多目標遺傳算法，以有限溫差導(dǎo)熱引起的火積耗散數(shù)和粘性流動引起的

4、火積耗散數(shù)為兩個獨立的目標函數(shù)，采用與單目標優(yōu)化模型相同的設(shè)計變量以及約束條件，建立了多目標優(yōu)化模型。通過對比分析單目標與多目標優(yōu)化結(jié)果，發(fā)現(xiàn)多目標優(yōu)化設(shè)計使換熱器各項性能參數(shù)均有不同程度的提高，這種方法在換熱器優(yōu)化設(shè)計中具有更大的優(yōu)勢，為解決板翅式換熱器的優(yōu)化問題提供了一種新思路。
　　 本文最后部分為了方便用戶使用換熱器優(yōu)化設(shè)計程序，建立了良好的圖形用戶界面。用戶只需輸入已知數(shù)據(jù)，選擇合適的算法和目標函數(shù)，即可得到直觀的優(yōu)化