基于Kalman滤波的换热器非线性状态参数校正

炼化工艺系统中换热网络数据的准确提取将直接影响到集成优化方案和优化控制的性能。针对换热器非线性状态参数的数据校正,构建了换热器分段线性集总参数传热过程模型,有效地解决了换热器流股物性非线性变化所引起的非线性状态空间方程求解的问题;提出了分段线性的Kalman滤波状态空间方程建立和换热器状态参数校正方法,并通过蜡油加氢装置反应流出物高压换热器工业实例阐述了所提出方法的实现过程和效果。研究表明：换热器分段线性集总参数模型中分段数对Kalman滤波的计算收敛性具有重要影响,随着分段数的增大,换热器状态参数收敛于固定值,分段数需根据计算精度通过试差确定。本文方法可对换热器非线性状态参数实施有效的数据校正,对流股物性进行分段线性化处理具有较高的计算精度,可用于大温差或物性变化较剧烈情况下换热器非线性状态参数的数据校正。     

兼顾求解速度和精度的换热网络动态模拟方法

以换热器集总参数动态模型为基础,首次建立了基于Grossmann分级超结构的换热网络动态模型和求解方法,可自动识别换热网络结构并建立相应的求解策略,实现了换热网络的动态模拟。模型中考虑了流体温度变化对物性和换热性能的影响,有效地提高了换热网络动态解的求解精度;采用内外双层解法,提高了换热网络动态解的求解速度。实例应用表明,基于Grossmann分级超结构的换热网络动态模型及求解策略可靠、准确,能够获得扰动后换热网络中流体参数的真实变化过程,为换热网络的动态优化和控制奠定了基础。     

基于HYSYS的天然气轻烃回收仿真及优化

使用HYSYS建立了轻烃分馏系统的仿真模型,并通过对比模拟数据与实际运行数据,验证了物性参数和模型的可靠性。最后,利用HYSYS对轻烃分馏系统进行模拟优化,提出了增加缠绕管换热器的换热面积、膨胀机取代J-T阀,以及进一步改进换热网络的建议,从而在不增加能耗的前提下可以大幅度提高轻烃产量。     

流化床密相区内固体颗粒对流换热模型研究进展

为深入理解流化床密相区内活性颗粒表面换热过程,论述了乳化相模型、单颗粒和双颗粒模型、变物性模型以及接触热阻模型等流化床密相区内固体颗粒对流换热模型的研究进展,提出了模型发展方向。当流化风速较低时,固体颗粒对流换热系数可采用乳化相模型进行预测。针对流化风速较大的工况,有学者提出了单颗粒和双颗粒模型、变物性模型以及接触热阻模型,并采用适当假设简化模型,然而模型的可靠性仍需进一步验证。最后提出现应加强固体颗粒对流换热过程的模型研究,提高模型在较宽风速范围内对固体颗粒对流换热系数预测的适用性;重点研究活性颗粒在密相区内的运动形式及活性颗粒表面固体颗粒对流换热关键参数测量方法。     

塔内换热精馏的节能原理与数学模型

基于热力学第二定律提出了一种新型精馏节能技术——塔内换热精馏.对塔内换热精馏的概念及其节能原理进行了详细的阐述.分析表明,它尤其适合于塔顶、塔釜温差较大的场合.指出实现塔内换热精馏的关键是寻找既有良好的传热性能、又有良好的传质性能的内构件,并介绍了一种内构件——垂直翅片管,建立了塔内换热精馏的平衡级模型——MESHQ方程组,提出一种利用PRO/Ⅱ计算塔内换热精馏的简化方法.     

ABS材料熔融沉积成型过程中换热系数的反求

熔融沉积成型过程的换热系数是建立热边界条件的重要参数,也是温度场模拟过程的关键参数。本文推导出熔融沉积成型过程的热传导控制方程组有限差分格式。依据此方程组,考虑了熔融沉积成型过程中的内热源和相变潜热,以及热物理性能参数的变化,借助非线性迭代估算理论得到熔融沉积成型过程中表面综合换热系数的增量。在此基础上,利用MATLAB软件编写了反求换热系数程序,并进行了数值模拟,将模拟结果与实测结果进行比较,验证了计算结果的有效性。结果表明,本文所述方法是一种有效计算换热系数的方法。     

基于低Reynolds数k-ε模型的超临界流体对流换热的快速计算模型

基于边界层理论,针对管内变物性湍流流动,建立了一种简单的数值模型,对超临界压力下水在直管内的湍流强制对流换热进行了数值研究。计算结果与实验数据比较表明,该数值模型不仅能正确地反映超临界工况下压力、质量流速和壁面热通量等参数对传热系数的影响,而且整个计算过程简洁而高效;计算中分别应用了两种均由Jones和Launder提出的低Reynolds数k-ε湍流模型(JL模型),发现JL1模型(c_1=1.55)适用于常物性管流,但在模拟超临界工况时计算值比实验值偏低很多;JL2模型(c_1=1.45)明显高估了常物性管流的传热系数,但在模拟超临界工况时在大部分参数范围内有着良好的预测精度。     

换热网络的最优设计

基于Ｌｉｎｎｈｏｆｆ的Ｐｉｎｃｈ－Ｐｏｉｎｔ方法，提出外加冷热负荷最小费用模型，该模型在获得最小费用的同时，可确定外加冷热负荷的数目及其流量，并在此基础上提出了换热网络最小建造费用的数学模型，并与换热网络最小单元数模型进行分析比较，结果证明，求解换热网络的最低建造费用更具有实际意义。     

换热器动态参数模型的建立与计算分析

利用分布集中参数法建立了换热器(蒸发器和冷凝器)的动态参数模型,膨胀阀和压缩机采用稳态方程的形式作为动态模型的可移动边界,从而使模型方程封闭可解。模型针对水源热泵机组内的蒸发器和冷凝器在模拟工况下进行计算。求解基于MATLAB的偏微分方程组,利用PDEPE函数,输入初值函数、边界条件和问题描述函数,分别得出机组运行过程中换热器内制冷剂的温度、压力和换热系数随换热管长度的变化曲线。     

换热计算软件HTRI在PTA生产工艺中的应用

总结了精对苯二甲酸(PTA)生产工艺过程中主要换热设备的种类和特点,以工业经验为前提,以流程模拟软件Aspen properties为物性数据依托,以换热计算软件HTRI为主要计算工具,阐述了PTA生产工艺中管壳式换热器的主要设计思路,对设计中关键参数的选用进行了归纳,并对HTRI中常见的警告信息进行了分析,提出了解决办法,形成了适合PTA生产工艺的管壳式换热设备设计流程。将HTRI软件设计结果与工厂实际操作数据进行对比,验证了HTRI换热计算软件在PTA生产工艺中的适用性和可靠性。     

滚塑工艺在加热阶段的两种传热模型的比较研究

为一个圆筒形滚塑模具在其内部粉料开始熔融之前的加热阶段建立了两种传热理论模型.在第一种传热模型中,将模具内的空气当作主要相的流体,将粉料当作次要相的流体.采用FLUENT软件中多相流模块的Mixture模型对模具内的流动与换热进行仿真计算.第二种传热模型是一种简化的传热模型.即忽略模具的结构形状和温度梯度,同时假设模具...     

恒流充放电过程中双电层电容器温度特性

温度特性是双电层电容器的重要特性之一,在电容器充放电过程中伴随着可逆热和不可逆热的产生。利用有限元技术对双电层电容器在恒流充放电循环过程中的内部及外部传热进行数值模拟。同时,对一个双电层电容器样品在循环过程中的内部及外部温度变化进行了测量。对数值模拟结果和实验数据进行对比,分析了恒流充放电循环过程中双电层电容器内部和外部的传热特性、温度分布及其发展变化,讨论了循环过程中电容器可逆热的变化规律及其影响因素,以及由可逆热引起的温度波动的变化。另外,实验数据表明,超级电容器在大电流充放电过程中需要进行冷却。     

水蒸气在蛇管内的环状流冷凝

本文对蛇管内环状流冷凝传热进行了理论分析,在所建立的模型中考虑了由于二次流的存在而产生圆周方向的剪力,并在剪力控制和接近剪力控制的条件下,测定了蛇管内水蒸气冷凝传热膜系数及两相流动压降,传热模型与实验值符合良好.     

管路保温层的选择与布置

实例证明：在满足保温要求的前提下，合理地选择保温材料，对双层复合保温层进行合理的布置，各自采用适宜的厚度，可使保温层费用最低。     

渗流作用下垂直埋管换热器钻孔内外耦合传热计算与分析

为了研究渗流对地埋管换热器性能的影响,综合多孔介质中移动有限长线热源与钻孔内准三维传热模型建立了地埋管换热器钻孔内、外非稳态耦合传热的解析模型,并通过热响应试验数据验证了耦合模型的正确性。探讨了渗流作用下埋管出口水温及其周围土壤温度动态响应的变化规律,利用埋管换热能效系数和单位井深换热量两个指标的变化评估了渗流对埋管换热器传热性能的影响。结果表明:不同类型的土壤中埋管传热性差别较大, 若忽略渗流速度较大的砂砾层中渗流的影响将导致其中埋管的单位井深换热量设计偏差高达41%;渗流对埋管散热起到促进作用且散热达到稳定所需的时间随渗流速度增大而缩短;推荐采用埋管的进口质量流量流速大于0.4 kg·s^-1,但不宜过大;埋管进口温度对换热能效系数的影响可忽略。并对典型水文条件下各土壤中渗流对串联管群的换热能效系数的影响进行了对比,指出地下管群环路的换热能效系数由土壤物性、渗流速度及串联埋管的钻孔数量共同决定的。     

垂直多孔表面管内高沸点工质强化流动沸腾换热的数值分析

在对流动特性和换热机理进行分析的基础上,建立了垂直多孔表面管内高沸点工质强化流动沸腾换热的数学模型和数值计算方法.该模型认为环状流区域同时存在强制对流与核态沸腾两种换热方式.液膜厚度、速度与温度等参数通过求解液膜的质量守恒、动量守恒、能量守恒方程获得.核态沸腾换热则包括气泡脱离带走的热量及用于加热气化核心影响区流入液体的热量两部分.提出了流动沸腾情况下的多孔层气泡脱离直径及气化核心密度计算方法.对异丙苯在火焰喷涂型垂直多孔表面管内向上流动时的沸腾换热进行了数值预测,大部分工况的计算值与实验结果符合良好.在低干度区(x=0.1),核态沸腾在总换热中的比例约为50%.随着干度的增加,核态沸腾受到越来越大的抑制,当x为0.5时,这一比例降低到约15％.     

螺旋扁管换热器传热与阻力性能

对不同结构的螺旋扁管管内传热及流体阻力性能进行实验研究,并与光管比较,选出传热与流阻综合性能较好的管型。同时对2台螺旋扁管换热器及1台外螺纹螺旋扁管换热器进行壳程传热与流阻实验研究。根据实验结果给出了管、壳程传热膜系数与阻力系数的经验关联式。     

聚合釜传热性能的实验研究及数值模拟

基于CFD模拟与传热实验相结合的方法对5 L夹套聚合釜的传热性能进行研究。建立聚合釜的液固耦合稳态传热模型,获得釜内流体、夹套内流体及金属固体域内温度分布。开展传热实验对模拟结果进行验证,各对比点温度的最大相对误差在1%~5%范围内。通过模拟获得釜内外壁面传热系数及总传热系数,并关联出釜侧及夹套侧 Nu的经验式。结果表明：釜内流体温度分布方差始终在0.002以下,固体域内和传热边界层温度梯度较大,传热边界层厚度约3.8 mm;实验范围内,入口温度和反应放热量对釜内温度的影响显著,入口流速次之,搅拌转速影响最弱;夹套侧传热系数远小于釜侧传热系数,提高夹套侧传热系数是提升传热性能的关键;实验用聚合釜外表面散热量与内外温差呈正比,比例系数约为3.031 W·K ^-1。     

波纹管强化管内沸腾传热的试验研究

分别以煤油和水为工质,对不同流速情况下波纹管和光管的管内流动沸腾传热特性进行了试验研究。试验中采用套管式换热器,依靠管外的高温热水对管内工质加热使之沸腾。在不同流速下,根据试验测量的流量和温度等参数计算管内流动沸腾传热系数。结果表明:随着气相雷诺数的提高,传热系数随之提高;相对光管,波纹管对上升流动管内沸腾传热有明显的强化作用。根据试验结果给出了波纹管管内流动沸腾传热系数关联式。