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换热器参数优化中的熵产极值和火积耗散极值

科学通报 2008年第24期53卷 3026-3029页

作者：柳雄斌孟继安过增元清华大学航天航空学院热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

以"仅以传递热量为目的"和"参与不可逆布雷顿循环"的逆流换热器为例,比较了熵产极值准则和火积耗散极值准则在换热器参数优化问题中的适用性.对参与热功转换的换热器,换热器的热力学优化准则取为熵产极值较好;对只参与热量传递的换热器... 详细信息

以"仅以传递热量为目的"和"参与不可逆布雷顿循环"的逆流换热器为例,比较了熵产极值准则和火积耗散极值准则在换热器参数优化问题中的适用性.对参与热功转换的换热器,换热器的热力学优化准则取为熵产极值较好;对只参与热量传递的换热器,换热器参数优化准则取为火积耗散极值更合适.对流体温度变化不剧烈的换热器,两种优化准则趋于一致.

关键词：换热器参数优化熵产火积耗散布雷顿循环

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火电厂换热器火积耗散分析

汽轮机技术 2013年第1期55卷 25-26,78页

作者：张明智耿士敏华北电力大学能源动力与工程学院保定071003

基于描述热量传递能力的物理量———火积,定义了评价换热器传热性能的火积耗散原理。同时,推出了换热器火积耗散的公式,并且通过代入数据计算,得出了火电厂各级加热器的火积耗散,并进行分析,对优化换热器的性能有一定的指导作用。

关键词：火积火积耗散换热器

一种板式换热器板片的性能优化及火积理论分析

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一种板式换热器板片的性能优化及火积理论分析

作者：叶莉南京航空航天大学

学位级别：硕士

板式换热器是近十几年来得到广泛应用的一种高效、紧凑的换热设备，大型船用换热器是必不可少的热交换设备之一。例如在气缸套的淡水冷却器、主副机滑油冷却器、给水加热等设备中，换热器发挥着巨大的作用。一般船用换热器为列管式换热... 详细信息

板式换热器是近十几年来得到广泛应用的一种高效、紧凑的换热设备，大型船用换热器是必不可少的热交换设备之一。例如在气缸套的淡水冷却器、主副机滑油冷却器、给水加热等设备中，换热器发挥着巨大的作用。一般船用换热器为列管式换热器、板式换热器、转轮式和热管式等。板式换热器具有换热量大、体积小、换热效率高等优点，符合船用换热设备基本要求，且该类型换热器已在船舶领域得到逐步推广，因此对船用板式换热器的研究具有比较广泛的意义。本文通过数值计算方法对板式换热器板片进行研究分析，并在已有板片的基础上进行优化设计。首先选取人字形板片作为研究对象，并对其进行数值计算，再通过HTFS+进行理论计算。分别对H-H模型、V-V模型、V-H混合模型进行实验研究。对比数值计算和实验结果发现，混合板片的压力和Nu都在小角度和大角度之间。以曲折波纹板片作为基础板片，并在该板片的基础上进行优化设计。首先针对板片波纹倾角进行研究，分别对波纹倾角β=20°、25°、30°、35°、40°、50°、60°的板片进行建模，设置相同的边界条件，计算不同模型的换热特性和阻力特性，发现波纹角度β增加，Nu数增加，流体的压力损失也增大。板片的综合性能参数随波纹角度的增加而减小，并发现当波纹角度大于40°时，板片的综合性能急剧降低。本文通过改变波纹板片的纵向波纹高度对曲折波板板片进行优化设计。分别对不同波高比a=0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9和1时建立模型，分别进行数值计算。研究发现：波高比a增加，板片的Nu降低，同时板片的压力损失逐渐增加。优化计算后，选定波纹倾角为40°，纵向波高比a=0.4，分别对原曲折波纹板和新板片-高低板进行数值计算，发现相同流速下高低板比曲折波纹板性能更优。对曲折波纹板进行一次优化设计后，在高低板的基础上进行二次强化传热研究。在曲折波纹板波纹拐点处增加凹坑，建模计算后研究发现：新板片比原板片Nu数高，压力损失低。本文将最小热阻理论应用于板片设计中，分别计算上述不同模型的广义热阻值，发现加凹坑的高低板的广义热阻值最小。

关键词：板式换热器 Fluent 火积参数优化最小热阻

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基于火积的换热网络综合策略及应用研究

基于火积的换热网络综合策略及应用研究

作者：冯园丽青岛科技大学

学位级别：硕士

过程系统工程的一个重要的研究内容是换热网络综合,对高耗能的过程工业实现节约资源、提高能源的利用率具有重要意义。在换热网络综合方法中,夹点分析法可以确定换热网络的节能目标,得到与能量目标一致的最大热回收换热网络,但不能确定... 详细信息

过程系统工程的一个重要的研究内容是换热网络综合,对高耗能的过程工业实现节约资源、提高能源的利用率具有重要意义。在换热网络综合方法中,夹点分析法可以确定换热网络的节能目标,得到与能量目标一致的最大热回收换热网络,但不能确定换热网络的热效率;熵分析法和?分析法虽然能计算换热网络的热效率,但是不能得到换热网络中的匹配关系。若能提出一种换热网络综合策略,以热效率为优化目标,指导换热网络的合成,实现能量最大回收利用,而且具有科学意义。从换热网络存在火积耗散量的不可逆性出发,首先讨论了基于火积的传热状态图,从而确定了温度-热流图,然后研究了冷、热物流及公用工程火积量、火积耗散量、火积回收量间的关系,并提出了基于火积的换热网络能量目标的确定方法。接着分析了基于火积的换热网络综合问题,提出了火积量守恒准则、火积耗散量最小准则、温差最小准则和热势能传递不可逆性准则的4个换热网络匹配准则。根据能量目标的确定方法和匹配准则得到了最高火积传热效率的换热网络,从而形成了完整的基于火积的换热网络综合策略。为了验证基于火积的换热网络综合策略的正确性,对柴油加氢装置和汽油吸附脱硫装置进行基于火积的换热网络节能研究。结果表明:柴油加氢装置需要8.543×106 kW·K的最小热公用工程火积量和7.428×106 kW·K的最小冷公用工程火积量,利用基于火积的换热网络综合策略,得到了与能量目标一致的最高火积传递效率换热网络,实现了节约热公用工程47.72%和冷公用工程41.19%,火积传递效率从69.77%提高到92.29%,投资回收期为0.71年;汽油吸附脱硫装置需要8.196×105kW·K的最小热公用工程火积量和5.506×105 kW·K的最小冷公用工程火积量,利用基于火积的换热网络综合策略,得到了与能量目标一致的最高火积传递效率换热网络,实现了节约热公用工程75.75%和冷公用工程71.60%,火积传递效率从77.63%提高到91.07%,投资回收期为0.38年。结果验证了基于火积的换热网络综合策略的正确性。并通过两个装置换热网络的节能研究,都得到了与能量目标一致的换热网络,又证明了该策略的通用性,可以提高实际工业化生产装置的节能效果,实现了能量的有效利用。

关键词：换热网络综合火积火积耗散能量目标 T-Q图

基于火积理论的级间导热二级相变蓄热装置优化

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常州大学学报（自然科学版） 2021年第6期33卷 62-69页

作者：朱晔朱梦冰汪城李进龙陶磊黄维秋常州大学石油化工学院江苏常州213164 常州大学材料科学与工程学院江苏常州213164 常州大学石油工程学院江苏常州213164

相变蓄热是一种有效的热量储存方式,二级相变蓄热装置性能优于单级装置。级间导热是蓄热装置性能的影响因素之一,但在之前的研究中常被忽略。基于火积理论,对考虑级间导热的二级相变蓄热装置进行了优化分析,给出了蓄热材料的相变温度匹... 详细信息

相变蓄热是一种有效的热量储存方式,二级相变蓄热装置性能优于单级装置。级间导热是蓄热装置性能的影响因素之一,但在之前的研究中常被忽略。基于火积理论,对考虑级间导热的二级相变蓄热装置进行了优化分析,给出了蓄热材料的相变温度匹配准则式。和无级间导热的结果相比,入口段的相变温度降低,出口段提高。由于级间导热的存在,二级相变蓄热装置相对于单级装置的性能优势被减弱。设备传热单元数NTU较小时,相变温度匹配受到的影响较大。因此,在设计二级相变蓄热装置时,需考虑级间导热的影响,优化选取相变材料。但无需过度强调级间隔热的设计需求,尤其是在设备传热单元数NTU较少时。结果可用于对二级蓄热装置的合理设计和性能优化,也为多级装置优化研究提供参考。

关键词：火积相变蓄热装置优化二级级间导热

基于火积耗散理论的超材料热隐身斗篷机理研究

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基于火积耗散理论的超材料热隐身斗篷机理研究

高等教育学会工程热物理专业委员会第二十一届全国学术会议

作者：张昊春于海燕王蛟龙孙丹冯致远袁远哈尔滨工业大学能源科学与工程学院

随着超材料技术的快速发展,设计和制备微结构热隐身斗篷是当前研究的热点。基于Schittny等人设计的多层圆环形模制金属板的热隐身结构,构建了以铜和聚二甲硅氧烷交替填充的多层环形热隐身斗篷结构的二维传热模型及传统的单层聚二甲硅氧... 详细信息

随着超材料技术的快速发展,设计和制备微结构热隐身斗篷是当前研究的热点。基于Schittny等人设计的多层圆环形模制金属板的热隐身结构,构建了以铜和聚二甲硅氧烷交替填充的多层环形热隐身斗篷结构的二维传热模型及传统的单层聚二甲硅氧烷防护层。使用ANSYS FLUENT软件分别对热隐身斗篷模型,传统热防护涂层模型和外界环境模型的传热过程进行数值模拟,获得三种模型在加热过程中的温度场的分布,由此分析两种防护结构对物体的瞬态保护作用。基于(火积)耗散极值原理对热隐身斗篷的隐身机理进行了研究,并与熵产分析得到的结果进行验证,从能量传递和利用角度对多层环形热隐身斗篷的热隐身机理给出了热力学解释。研究结果为超材料热隐身斗篷设计与性能评估提供理论依据。

关键词：超材料热隐身导热火积热力学机理

来源： cnki会议评论

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火积分析在空调系统运行优化中的可行性研究

制冷学报 2018年第1期39卷 1-12页

作者：钱苏昕袁丽芬晏刚鱼剑琳西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为优化空调系统运行,基于火积理论,提出空调系统火积增加极值原理,构建空调系统各部件火积损失率计算模型,并得到空调系统整体火积增加率计算模型。通过实验分别研究了在给定系统制冷量和给定系统输入功率条件下,空调系统在不同运行工... 详细信息

为优化空调系统运行,基于火积理论,提出空调系统火积增加极值原理,构建空调系统各部件火积损失率计算模型,并得到空调系统整体火积增加率计算模型。通过实验分别研究了在给定系统制冷量和给定系统输入功率条件下,空调系统在不同运行工况下的火积增加率,较好地验证了空调火积增加极值原理,并得到了空调系统最佳运行工况。结果表明：当系统制冷量为5 k W时,最佳运行工况为压缩机频率70 Hz,冷冻水流量0.6 kg/s,冷却水流量0.9 kg/s;当系统输入功率为2.8 k W时,最佳运行工况为压缩机频率97.9 Hz,冷冻水流量0.41 kg/s,冷却水流量1.00 kg/s。

关键词：空调系统运行优化火积功

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LiBr-H_2O吸收式热泵的热力学分析

制冷学报 2019年第1期40卷 128-134页

作者：成岭张婧金璐李克成陶文铨中国电力科学研究院有限公司北京100192 西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室西安710049

本文建立了LiBr-H_2O吸收式热泵系统的理论模型,对热泵系统的热力学循环进行模拟计算。分析了不同操作参数(包括循环倍率、低温废水入口温度、热水入口温度、高温蒸汽入口温度)对热泵的性能系数(COP)、火积效率、火用效率和熵产这4种性... 详细信息

本文建立了LiBr-H_2O吸收式热泵系统的理论模型,对热泵系统的热力学循环进行模拟计算。分析了不同操作参数(包括循环倍率、低温废水入口温度、热水入口温度、高温蒸汽入口温度)对热泵的性能系数(COP)、火积效率、火用效率和熵产这4种性能评价指标的影响规律,对比了这4种性能评价指标下的系统性能变化的一致性,并探讨了火积效率是否可以作为新指标用于吸收式热泵分析。模拟结果表明:当循环倍率、热水入口温度和高温蒸汽入口温度增加时,热泵系统性能均变差,只有低温废水入口温度升高时,系统性能才逐渐提高。计算结果表明:在不同操作参数条件下4种性能评价指标变化并不一致,有些甚至相反,但COP和火积效率的变化趋势始终保持较好的一致性,说明火积效率可用于吸收式热泵的性能分析。

关键词：吸收式热泵 COP 性能分析火积火用效率熵产

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矩形通道内伴随冷凝的烟气对流换热的优化

科学通报 2010年第35期55卷 3367-3372页

作者：宋伟明孟继安李志信清华大学航天航空学院热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

针对矩形通道内伴随水蒸气冷凝的烟气对流换热,建立显热和潜热火积平衡方程,并导出火积耗散的表达式.利用火积耗散极值原理获得了伴随冷凝的烟气对流换热的场协同方程,并通过数值求解包括场协同方程在内的控制方程组,得到了矩形通道内... 详细信息

针对矩形通道内伴随水蒸气冷凝的烟气对流换热,建立显热和潜热火积平衡方程,并导出火积耗散的表达式.利用火积耗散极值原理获得了伴随冷凝的烟气对流换热的场协同方程,并通过数值求解包括场协同方程在内的控制方程组,得到了矩形通道内的最优速度场为多纵向涡的流动结构,该流型提高了速度场与温度场、速度场与浓度场之间的协同程度,从而可以在黏性耗散增加较小的条件下使传热传质过程得到显著强化.在通道内布置不连续双斜肋可以产生接近于最优流场的多纵向涡流动,在Re=600时,与光滑通道相比,不连续双斜肋通道中烟气的总换热量增加29.02%,冷凝换热量增加了27.46%.

关键词：冷凝火积火积耗散场协同纵向涡