热质交换原理与设备b.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2、减湿过程分析 减湿过程中空气的状态变化见图。 在这里制冷剂的循环和一般制冷机一样。 需要降湿的状态1的空气先经过蒸发器。由于 蒸发器的表面温度比空气露点温度低，因而 空气被降温．减湿到状态2。离开蒸发器的空 气又进入冷凝器。由于冷凝器里是来自压缩 机的高温气态制冷剂，它被低温空气冷却成 了液态，而空气本身则升温至状态3。虽然 这样得到的空气温度较高，但含湿量很低，这 就达到了减湿目的。 3、特点 1）对空气的处理过程即减湿又升温。因此适用于既需减湿、又需加热的地力，如一些地下室。在室内余湿量大、余热量也大的地方，使用这样的减 湿机是不合适的。 2）优点：效果可靠、使用方便 3）缺点：投资和运 行费较高，使用条件也受到了一定限制。 目前，我国各地生产的冷冻减湿机型号很多，有固定式的，也有移动式的。 6.6 热质交换设备的优化设计及性能分析 6.6.1热质交换设备的优化设计及性能分析 ?热质交换设备在余热回收与热力系统中是一种广泛应用的设备，但它的使用也要 增加制造投资和运行费用。因此，需要进行热质交换设备的优化计算以获得最大 的经济效益。热质交换设备的优化设计，就是要求所设计的热质交换设备在满足 一定的要求下，人们所关注的一个或数个指标达到最好 在此介绍一种基于最优化方法的最优设计方法 (1)基本原理 如以热质交换设备的传热系数为目标函数的优化设计，流体的流速、温度等就 是设计变量。这样，对于有n个设计变量xl，x2，……xn的最优化问题，目标 函数F(x)可写作 F(x)=F(x1，x2，…，xn) 显然，目标函数是设计变量的函数。最优化过程就是设计变量的优 选过程，最终使目标函数达到最优值。 在优化设计过程中，常常对设计变量的选取加以某些限制或一些附加设计 条件，这些设计条件称为约束条件 如求解热质交换设备传热性能最好的问题，常常有阻力损失不能超过某个数值 的约束条件。约束条件可分为等式约束条件和不等式约束条件。在某些特殊情 况下，还会有无约束的最优化问题。最优化问题的求解可以是求取目标函数的 最小值或最大值。一般情况下，习惯上都是求取目标函数的最小值，所以，对 于求取F(X)的最大值问题应转化成求取相反数-F(X)的最小值问题。 例如，求取热质交换设备传热系数最大的问题就是求取传热热阻最小的问题。??? ?这样，最忧化问题的一般形式可表达为 minF(X) 约束条件 hi(X)=0(i=1，2，…，m), gj(X)≤0(1，2，…，n)?? 式中，x=[xl，x2，…，xn]T 表示为一个由n个设计变量所组成的矩阵(角码T为矩阵的转置)。 hi(X)及gj(X)分别表示i个等式约束及j个不等式约束条件 在上式所表达的最优化问题中，根据F(X)、h(X)和g(X)与变量X之间的函数 关系不同及变量X的变化不同，可分为不同类型的最优化问题．因而其数学 求解的方法也不同。 热质交换设备优化设计问题一般都是约束(非线性)最忧化问题(也可称为约束 规划问题)。约束最优化问题的求解方法有消元法、拉格朗日乘子法、惩罚函 数法、复合形法等多种，可参阅有关书籍来了解这些方法。 ?(2)最优化设计方法举例 今以热交换器的经济性问题为例来讨论设计的最优化。设一台热交换器的 投资费用为D(RMB￥/per unit)，它的使用年限为n年，亦即折旧率为 l/n×l00％=η′％，而输送热交换器中流体所需能耗费用为C(RMB￥/a)， 则考虑了这些因素的热交换器的经济指标φ可表示为 (RMB￥/a) ?现在要求设计出来的热交换器为最经济，即这是一个 minF(X)=minφ的最优化问题。 固然可以把上式中的C、D等量当做设计变量．但是它们不能直接 反映出与热交换器设计中有密切关系的一些几何量与物理量，所以 应该进一步对C、D等量做一分析。? 已知传热的基本方程式为 对于热力系统中的一台热交换器，流体的进、出口温度及所需传递的热量Q一 般都已被流程本身所决定，平均