板翅式换热器的多目标优化设计.pdf

第25卷增刊
动力工程
Vol 25 Sup
2005年10月
JOURNAT, OT POWER TNGTNETRING
Ocl. 2005
板翅式换热器的多目标优化设计
石景祯,崔晓铄,煳忠霞
(上海理工大学动力工程学院196#20003)
摘要:编制了板翅式换热器多日标优化计算机辅功设计软件,对换热器外形尺寸和翅片结构参数进行优
化、针对用户多日标要求的多样性,提供三种不同的多日标优化方法:軍要日标法、分层序列法和线性
加权法。软什涉及两股流三种流动方式、空气、烟气、水蒸气、水、汕等多种换热工质及70多种板翅
式换热型面。软件山 Visual Basic6.0编制貝有良好的用广界面、人机対语功能及图形功能,操作简便
运行稳定,可大大缩短换热器设计时间。
关键词:工程热物理;多日标;优化设计;板翅式换热器
Multi-ob jective optimum design of plate fin heat exchanger
Shi Jing/hen Cui Xiaoyu Hu Zhongxia
(School of Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093)
Abstract This papcr compiled a mult-objcctivc optimum and computcr aided dcsign softwarc for thc plate fin hcat
exchangers. Thc software optimizes the ics of hcat exchangers undcr thc fixcd surfacc and the hcat transfcr surfacc
tructure parameters For the users diversific ation of the mult-objective demands, three different multi-objective
optimization methods are suggested, which are main objective optimization, lexicographic optimization, and liner
weighting optimization. The software can make the optimum design for 70 date-fin surfaces. It offers three flow
typos for two flows and the working fluid can bc air, gas, vapor, watcr, oil and so on. This softwarc is programmed
by using Visual Basic 6.0 with friendly user s inter ace, man-machine conversation function and graphics function
The operation is convenient and steady, so it can shorten the design time
Keywords: engineering thermophysics; multi-objective optimization design; plate fin heat exchanger
前言
500m2/m2;(c)适应范围广;(d)可进行批量生产
板翅式换热器是一种紧凑式的高效换热器,随
板翅式换热器设计是一个非常复杂的工作,在
着现代化的发展,越来越广泛的应用于空气分离、设计中质量小、压降低、效率高等是设计者通常追
化工、治金、电力、轻工、船舶、车辆及原子能等求的目标,之间相互制约,因而是一个多目标优化
行业2。板翅式换热器的主要特点有:(a)传热效问题。多目标优化问题存在许多优化方法,一种优
率高:(b)结构紧凑、重量径,紧凑度可达1500
化方法虽然也可以应对用户对多目标的不同要求,
但板翅式换热器由于型面多样、翅片结构参数不连
作者简介:石景祯(1980.6~),女,河南南阳市人,
续,各目标之间不『公度1,用一种优化方法进行设
硕士研究生,从事传热传质方面的研究工作。
计要求设计者具有足够的经验,优化理念不明显
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JOURNAT, OT POWER TNGTNETRING
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本文编制了板翅式换热器多日标优化设计软3多目标优化设计
件,在进行优化时先选定型面对换热器的外形尺寸
本文以体积、重量、压降等为优化目标,对换
进行优化,然后对型面翅片结构参数进行优选。针热器的外形长、宽、高进行连续优化,而对換热面
对用户多目标要求的多样性,提供三种不同的多目的翅片结构参数可进行离散化优化,取得在某一目
标优化方法。在设计时,由用户首先对各个日标范标下的最优参数。
围进行框架,而后不同用户可选不同优化方法。对3.1重要目标法
于一个目标提出特别重要要求的用户,可采用重要
重要目标法的基本思想:在多目标问题中,根
目标法:希望设计者按目标层次提供多个方案,自据问题的实际情况,确定一个目标为主要目标,而
主选择设计方案的用户,可采用分层序列法;把各把其余目标作为次要目标,并且根据决策者的经验
不同日标综合权衡考虑的用户,可采用线性加权法。选取一定的界限值。这样就可以把次要日标也作为
2优化层次
约束来处理,于是就将原来的多日标问题转化成
2.1换热器外形优化
个在新的约東下,求重要目标的单目标最优化问题。
以换热器的重量为优化目标,用黄金分割法对3.2分层序列法
换热器的外形尺寸进行了优化。所采用数学模型为
分层序列法的基本思想:首先按目标的重要性
min()=Px( Fxdn xod+Fメ(1ーdn)の遂排队,然后依次在前一日标最优解的集合域内
+PxF2xdr2xδl
(1)逐个地对各目标求取最优解。即首先在约束规定的
s..8,(x)≥01=,2,…,m
可行域内对第一个目标求取最优,并找出所有最优
0
解的集合记为R1,然后在R1内求第二个目标的最优,
式中,P一一换热器的密度(g/mの)?内、グ一一換记第二个日标的最优解集合为R2,如此依次进行下
热器冷、热两侧的传热面积(m),dn、dn2-ー分
去,一直到求得第m个目标的最优解
别表示两侧的翅片面积与总面积的比,δd1、Sd2
使用这个方法的前提是:R1,R2,……Rm-l
两侧的翅片厚度(m),d一换热器隔板厚度(m)。
等集合不空,且在每一集合中都不能只有ー个元素,
f(x)是目标函数,x是设计变量,这里是指换
否则很难进行下去。本文针对以上问题,提出了出
热器的外形参数,即換换热器的长、宽、高:g,(x)
用户決策的分层序列法,即先由用户按各目标的重
h(x)分别为不等式约束和等式约束,包括换热器的要性逐一排队,按排在第一位的目标从换热面数据
压降约東,外形尺寸约束和换热量约東等。
库中优化出n个换热面,并按最优目标依次排列,
优化方法为黄金分割法。它是将搜寮区间