1、 中文 3430 字 外 文 翻 译 积耗散最小换热器的优化设计 Entransy dissipation minimization for optimization of heat exchanger design 性 质 : 毕业设计 毕业论文 教 学 院： 机电工程学院 系 别： 能源动力系 学生学号： 学生姓名： 专业班级： 热动 1102 指导教师： 职 称： 起止日期： 2015.3.9 2015.4.9 - 1 - 积耗散最小换 热器的优化设计 李雪芳，郭江枫，徐明天 &林城 ；程林学院热科学与技术，山东大学，济南 250061，中国 2010 年 7 月 16 日收到； 201
2、1 年 3 月 15 日接受 摘要： 本文以水平衡的逆流换热器为例，耗散理论应用于换热器的优化设计。在一定的条件下，分析确定最佳的管道纵横比。当传热面积或管道的容积是固定的，得到最优的质量速度和最小耗散率的解析表达式。结果表明，若降低换热器的不可逆耗散，则热交换面积必须尽可能加大，而质量流速应尽可能的减少。 关键词： 火积，换热器，优化设计 由于化石燃料的逐渐枯竭，燃料价格肯定会上涨。因此， 能源短缺是预见到制约经济和社会发展的不利因素。提高能源利用效率是解决能源危机的最有效的方法。换热器广泛应用于化学工业，炼油厂，电力工程，食品工业，和许多其他领域。因此，通过优化设计提高换热器的性能，减少不
3、必要的能源消耗是很有价值的。 换热器优化设计的目的可以分为两类：一是尽量减少换热器成本 1-5；另一是减少基于热力学第二定律不可逆而制造的换热器 6-10。第一种方法可以降低成本，但可能是以牺牲为代价换热器性能 11。第二种方法表示的是最小熵的理论，就是所谓的“熵产悖论” 8,11。 通过电传导模拟 ，郭等人。定义一个新的物理概念，火积，它描述了传热性能 13 。基于这样的理念，换热器的等效热阻的定义确定换热器的传热不可逆性 14 。陈等人。应用耗散理论的传导问题 15 。郭等人。定义一个耗散数评价换热器性能，不仅避免了“熵产悖论”，但也可以表征换热器整体性能 12 徐等人， 16 开发了换热
4、器有限的压降下的流摩擦耗散表达式。 目前，基于耗散的热传导有限温度差和流动摩擦压降下的问题 14， 16 ，郭等人提出的无量纲化方法 12 。定义了一个全面的耗散数。总火积耗散数为目标函数 。假设我们试图证明，由于导管的纵横比或质量流速的变化，对两种积耗散温差下的热传导和流动阻力的影响下引起的有限的压降，分别都有一个对应的最佳管道的纵横比或质量流速。我们还开发了有公式可循的优化管的长径比和热交换器，用于优化设计质量速度。 1 耗散数 - 2 - 积定义为一半产品的热容量和温度 22121Eh TMCTQ pvh (1) 其中 T 是温度， qvh是定容热容量， CP是在恒定压力下的比热。现在
5、，使用水平衡的逆流换热器为例，讨论在换热器中的耗散。 假定冷热流体的压缩。进气温度和热、冷流体表示为 T1和 T2的压力， P1， P2，分别。同样，出口温度和压力是 T1， T2和 P1， P2。为平衡热交换器，热容量率比满足条件 1)()( 12 mcmcC （其中 m 是质量流量）。对于一维换热器在目前的工作中，通常假设如稳定流动，与环境无热交换，并忽略动能和势能的变化以及纵向传导了。 在换热器中，主要存在两种不可逆性：一是有限的温度差异下的热传导和第二流动摩擦压降下有 限。因热传导有限温差下的耗散率写为 14 )(21)(21)(21)(212,222,11222211outout T
6、mcTmcTmcTmcEr (2) 相应的耗散数定义为 12 221121 )()()( TTmcErTTQ ErEr (3) 其中 Q 是传热速率，是换热器效能 被定义为实际的热传递率达到最大可能的传热速率的比值。由于有限的压降下流动摩擦耗散表示为 16 2,22,22221,11,1111 lnlnlnln TT TTpmTT TTpmEo u to u to u to u tp (4) 在 P1 和 P2 指在冷、热水压力下降，分别为 1 和 2；有其相应的密度。在无量纲形式导致 )1(1ln1)()()1(1ln1)()(11221112221212211TTTTTTTpcpTTTTTTTpcpEp (5) 这是由于水流的摩擦耗散数。假设换热器表现为一个接近理想的换热器，然后（ 1- ）要比团结 17 小。对于水 -水换热器在通常的操作条件下，热水和冷水入口之间的温差， T=T1-T2，小于 100 K，因此 )2,1(3 6 6.01 7 31 0 01 iTT 。因此，方程（ 5）可简化为
