火積耗散理論在板翅式換熱器多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.pdf

1、板翅式換熱器因其結(jié)構(gòu)輕巧、緊湊、傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到廣泛的關(guān)注，并成為最有發(fā)展前途的換熱設(shè)備之一。通過(guò)優(yōu)化板翅式換熱器的幾何結(jié)構(gòu)，降低不可逆耗散，提高其換熱性能，是經(jīng)濟(jì)的利用和節(jié)約能源的重要手段。本文基于火積耗散理論，應(yīng)用單目標(biāo)和多目標(biāo)遺傳算法，形成了板翅式換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
　　 本文采用MATLAB遺傳算法工具箱提供的遺傳算法，以火積耗散數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)實(shí)際選用的鋸齒形板翅式換熱器的設(shè)計(jì)要求和容許壓降為約束條件

2、，編寫(xiě)了一套完整的板翅式換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)程序。文中分別利用單目標(biāo)和NSGA-Ⅱ多目標(biāo)遺傳算法對(duì)鋸齒形板翅式換熱器的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)比分析了兩種優(yōu)化結(jié)果，發(fā)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化的結(jié)果能夠明顯改善換熱器的性能。
　　 優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題主要包括設(shè)計(jì)變量、約束條件和目標(biāo)函數(shù)三個(gè)元素。本文選取對(duì)鋸齒形板翅式換熱器傳熱性能影響較大的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量；以容許壓降和換熱器設(shè)計(jì)要求為約束條件；分別以無(wú)量綱化的總熵產(chǎn)數(shù)和總火積耗散數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，

3、建立了單目標(biāo)數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，進(jìn)而應(yīng)用遺傳算法求解相應(yīng)的優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)單目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算所得到的結(jié)果發(fā)現(xiàn)：對(duì)于給定熱負(fù)荷的換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)，以火積耗散數(shù)為目標(biāo)函數(shù)所得到的結(jié)果與以熵產(chǎn)數(shù)為目標(biāo)函數(shù)所得到的優(yōu)化結(jié)果基本一致。由于通常情況下有限溫差導(dǎo)熱引起的火積耗散大于粘性流動(dòng)引起的火積耗散，以總火積耗散數(shù)為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)往往很容易忽視流體粘性的影響。為此，本文運(yùn)用NSGA-Ⅱ多目標(biāo)遺傳算法，以有限溫差導(dǎo)熱引起的火積耗散數(shù)和粘性流動(dòng)引起的

4、火積耗散數(shù)為兩個(gè)獨(dú)立的目標(biāo)函數(shù)，采用與單目標(biāo)優(yōu)化模型相同的設(shè)計(jì)變量以及約束條件，建立了多目標(biāo)優(yōu)化模型。通過(guò)對(duì)比分析單目標(biāo)與多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果，發(fā)現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)使換熱器各項(xiàng)性能參數(shù)均有不同程度的提高，這種方法在換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)中具有更大的優(yōu)勢(shì)，為解決板翅式換熱器的優(yōu)化問(wèn)題提供了一種新思路。
　　 本文最后部分為了方便用戶(hù)使用換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)程序，建立了良好的圖形用戶(hù)界面。用戶(hù)只需輸入已知數(shù)據(jù)，選擇合適的算法和目標(biāo)函數(shù)，即可得到直觀的優(yōu)化