RWCE算法中采用单元重构策略激励换热网络结构优化

应用强制进化随机游走算法优化换热网络的过程中,通过监测最优结构中换热单元优化进程,探究总体结构进化特点,发现存在换热单元先入为主的现象,主体结构稳固难以被突破,导致换热网络优化进入“停滞”状态。基于此,提出了换热单元重构策略,该策略旨在增强结构变异能力,经过一定阶段概率性消除结构中既有换热单元,腾出结构进化空间,再依据约束条件重新构建换热单元,既丰富了结构多样性又扩大了搜索域。此外建立优化状态监测指标,维持结构较高的变异活性,增强算法全局寻优能力。最后将该策略加入算法流程优化多个换热网络实例,总结分析其作用机理,所得结果均优于现有文献结果,证实了该策略的有效性。     

采用结构融合策略优化换热网络

利用强制进化随机游走算法优化换热网络至后期时,个体网络结构基本定型,很难再被破坏或改变,潜在进化能力难以发挥作用,无法求解出更优结构。基于此,探究个体进化过程中的结构变化特性,分析后期结构优化的重心所在,提出结构融合策略,将两个个体结构融合到一起,形成新个体,放大原个体结构进化潜力。对新个体进行优化,其结构中所有换热单元互相竞争,引导结构进化潜力发挥作用,保留有益于结构进化的换热单元,淘汰阻碍结构进化的换热单元,生成部分新换热单元,促进个体进化形成更优换热网络结构。最后应用两个算例验证该策略的有效性,取得了可观的优化效果。     

隧道窑间壁换热流动及传热特性的数值研究

间壁换热结构是隧道窑缓冷段的重要结构,进一步了解其流动和传热能力具有重要意义。为了研究隧道窑间壁内流动及传热特性,建立了隧道窑间壁的三维物理和数学模型。并采用计算流体力学(CFD)软件对其进行了数学模拟,研究了分层间壁结构、分层通道的大小和位置、内壁温度、出口抽力等因素对间壁换热流动及换热特性的影响。结果表明,分层结构间壁可以有效提高换热效率,其中M3-1的换热性能最佳;在分层间壁层数一定的情况下,分层通道的大小和位置对于间壁整体的换热性能影响不大;随着风机抽力的增大,间壁换热效果更佳,但间壁的分层结构对于换热效果的影响降低,不同分层结构的间壁热风出口温差变小。     

封闭腔内置倾斜换热管的自然对流数值模拟

数值模拟了封闭腔内置倾斜换热管的自然对流流动与换热。研究了瑞利数Ra(104～107)、换热管倾角θ(30～75°)、方腔高宽比A(3/5,1,5/3)条件下方腔内温度场、流场和换热管表面平均努塞尔数Nuav的变化规律。结果表明:换热管表面平均努塞尔数随着瑞利数的增大而增大,换热机理由导热逐渐过渡到对流换热,换热能力逐渐加强;随着换热管倾角的增大,方腔内的流动结构由双涡结构转变为单涡结构,平均努塞尔数与倾角呈递增关系,换热能力加强;随着方腔高宽比的减小,流动结构略有不同,由于方腔顶部二次涡的产生,使得流动换热加强。     

采用结构融合策略优化换热网络

利用强制进化随机游走算法优化换热网络至后期时,个体网络结构基本定型,很难再被破坏或改变,潜在进化能力难以发挥作用,无法求解出更优结构。基于此,探究个体进化过程中的结构变化特性,分析后期结构优化的重心所在,提出结构融合策略,将两个个体结构融合到一起,形成新个体,放大原个体结构进化潜力。对新个体进行优化,其结构中所有换热单元互相竞争,引导结构进化潜力发挥作用,保留有益于结构进化的换热单元,淘汰阻碍结构进化的换热单元,生成部分新换热单元,促进个体进化形成更优换热网络结构。最后应用两个算例验证该策略的有效性,取得了可观的优化效果。     

柱状微结构表面强化沸腾换热研究综述

沸腾换热是一种非常高效的热传递方式,不论在地面常重力环境还是空间微重力环境下都有十分重要和广泛的应用。强化表面结构是一种有效的无源强化换热技术,而强制对流和射流冲击作为高效的直接冷却方式,在有源强化换热技术中被认为是最有发展前景的冷却方式。结合无源强化换热技术和有源强化换热技术同时进行强化沸腾换热是进一步提高换热能力的有效途径。以电子器件高效冷却技术为背景,对自主开发的微米级柱状微结构表面强化沸腾换热研究现状进行了综述,包括常重力条件下池沸腾、流动沸腾、射流冲击、流动-喷射复合式沸腾换热以及微重力条件下的池沸腾换热。同时,与其他强化沸腾换热表面结构进行了对比,总结并分析了各种强化表面结构及换热方式的优缺点,为下一步的学术研究和工业应用提供相应的参考。     

基于多重群体遗传算法的换热网络同步综合

通过对YEE换热网络分级超结构的分析和改进,建立了包含更多可行结构的换热网络超结构及其数学模型,扩大了网络结构的搜索范围。针对普通遗传算法和其他优化算法无法保证换热网络综合质量和效率的缺点,结合多重群体遗传算法进行网络优化综合,提高优化过程的稳定性,该方法将换热网络结构信息转化为种群和繁殖群体中个体的染色体信息,选择繁殖种群中优秀个体进入种群淘汰较差个体,实现种群的逐步新陈代谢。利用多重群体遗传算法对实际换热网络问题进行了优化。结果表明:多重群体遗传算法能有效提高换热网络优化的稳定性和鲁棒性,在优化变量和非凸性增加时,能获得综合性能良好的换热网络结构。     

具有旁路控制的换热网络结构可控性分析

换热网络的旁路控制是调节物流出口温度、节能降耗的有效方法,旁路位置的确定往往是实现最优控制的关键。因此,从控制理论的角度,对比分析具有旁路控制的换热网络结构可控性等结构特性。首先,基于图论的概念通过换热网络结构模型,求取其状态结构图以及状态结构阵。然后根据求解结果分析网络的结构可控性以及控制结构的强度与冗余度。通过实例对比分析证明结构可控性分析的方法从控制理论的角度分析论证了换热网络旁路优化设计结果的可控性,并且方法从换热网络结构模型入手简化了求解过程,为换热网络的旁路优化控制提供一种新的思路。     

一种流体流过管束传热的综合性能评价方法

对于流体流过管束的换热过程以给定换热面积使换热量最大为条件导出经济结构尺寸与换热参数间的关系式 ,以及以过程中相对火用损失率最小为条件导出该流动换热过程最佳运行参数的表达式。联立上述两个关系式并借助于换热准则关系而得出结构尺寸、流动特征与换热性能间的综合优化准则关系式 ,以此作为性能分析与评估的判据。这样的综合性能评价方法可以在热设备传热过程的设计阶段完成 ,从而避免进行滞后的结构与性能间的评估。     

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。     

螺旋蛇管换热设计

螺旋蛇管换热结构较易获得较大的换热面积,且结构简单,抗泄漏、抗腐蚀较好,传热效果较佳。本文介绍了螺旋蛇管换热设计中满足传热面积要求及保证蒸汽凝液排泄畅通的设计计算方法。     

水平管强化池沸腾传热在水套炉中的应用分析

油气集输换热设备中,更多关注的是强化对流传热的研究和应用,而对于管外强化沸腾换热关注较少。在介绍池沸腾传热相关理论一般性原理的基础上,分析了影响池沸腾传热的主要因素。通过改良换热管外表面结构型式,在换热管表面形成凹凸或多孔的结构,这种结构下沸腾传热提高了一个数量级。选择合适的外界压力能够强化管外沸腾传热,提高了管外换热系数。最后讨论了池沸腾传热计算的有关问题。     

塑料薄膜用于低压换热压力容器设想

针对大型换热压力容器设备造价高的问题,提出了将PP塑料薄膜应用于换热压力容器以取代传统金属换热材料的设想.介绍了PP塑料薄膜的特性.阐述了塑料薄膜应用于换热压力容器中的原理和可行性,给出了塑料薄膜在换热压力容器中的结构形式及布置方式.     

表面微结构对阵列微射流沸腾换热的影响

与单相射流相比,阵列式微射流沸腾换热耦合了分布式射流与气液相变两种高效传热模式,在高热通量电子器件冷却领域具有重要的应用前景。本文创新性提出一种具有顶部浸入式阵列射流柱与底部微针肋阵列结构耦合的微射流沸腾换热系统,采用无水乙醇为工质,研究了入口过冷度、入口Re、热通量对射流沸腾换热影响特性;采用电刷镀制备了镍/石墨烯微纳复合结构,研究了该复合结构对微针肋阵列表面射流沸腾换热的影响规律,揭示了镍过渡层引入的附加热阻以及蘑菇状微纳复合结构对气泡脱离的抑制是换热削弱的主要原因。为克服上述弊端,采用激光对镍/石墨烯微纳复合结构表面进行了刻蚀,发现激光刻蚀消除了镍/石墨烯微纳复合结构导致的附加热阻及其气泡脱离抑制效应,其最大传热系数达到30787.0W/(m2·K),较镍/石墨烯微纳复合结构表面和针肋阵列光滑表面传热系数分别提高了140.7%和119.8%。本文的研究结果表明,微纳复合结构对沸腾换热的影响取决于制备工艺及其结构形貌,激光刻蚀较电刷镀形成的微纳复合结构在微射流沸腾换热强化方面更具优势,为表面微纳结构强化沸腾换热系统设计、制备和运行提供科学参考。     

棋盘模型在换热网络优化中的应用

针对复杂整数非线性的换热器网络综合和优化问题,文中应用换热网络流程模拟的棋盘模型及其相应的算法,建立了换热网络同步最优综合的数学模型,通过改变网络的结构次序的数学规划优化计算,以10SP1问题为例,获得了优于以往文献的最优换热网络结构。结果表明,文中应用棋盘算法建立的换热网络求解模型及其算法,具有简单、直观、灵活、易实现的特点,能够得到综合性能更优的网络结构。     

螺旋槽换热管传热面积计算

通过对螺旋槽换热管表面外形结构的分析,采用积分的方法,得出螺旋槽换热管的传热面积计算公式,从而为螺旋槽换热管的相关设计计算工作提供依据。     

换热管漏磁检测磁化结构有限元分析

针对铁磁性换热管特点,以漏磁检测原理为基础,利用有限元分析软件,建立换热管漏磁检测磁化结构三维模型。研究换热管漏磁检测磁化结构中磁芯几何参数(磁芯内径d和中间磁芯长度l)改变时,换热管内表面圆柱形缺陷产生的漏磁场分布情况,得到磁感应强度轴向分量与径向分量随磁芯几何参数改变时的变化规律。     

螺旋蛇管换热设计

螺旋蛇管换热结构较易获得较大的换热面积,且结构简单,抗泄漏、抗腐蚀较好,传热效果佳。本文介绍了螺旋蛇管换热设计中满足传热面积要求及保证蒸汽凝液排泄漏畅通的设计计算方法。     

碳钢-水热虹吸管内部强化沸腾换热

研究了分流管结构对碳钢－水热虹吸管蒸发段内沸腾换热的影响，选择７种不同结构的分流管进行大量的实验和理论研究。结果表明：分流管结构尺寸对蒸发段沸腾换热有很大的影响，在相同的传输功率下，分流管的开孔率在３３％左右、管间隙在４．５ｍｍ左右强化沸腾换热的效果最佳，沸腾换热系数大约提高２～３倍。综合了大量试验数据利用多元线性回归分析整理出分流管强化沸腾换热的准则方程式。     

螺旋盘管式水冷器壳侧换热数值模拟研究

用FLUENT软件对合理简化后的螺旋盘管式水冷器模型进行壳侧冷却水流动与换热性能的数值模拟研究.通过数值模拟计算,得到在不同盘管结构尺寸下,模型截面的流线分布与温度分布.进一步分析冷却水流动状态与盘管结构尺寸对水侧换热的影响规律.采用DataFit9软件对模拟计算数据进行非线性多元回归,得到螺旋盘管式水冷器壳侧换热准则关系式.提出换热性能最优的螺旋盘管结构.