吸收式熱質耦合系統傳熱傳質協同原理和最佳化方法研究

《吸收式熱質耦合系統傳熱傳質協同原理和最佳化方法研究》是依託華中科技大學，由袁芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：吸收式熱質耦合系統傳熱傳質協同原理和最佳化方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：袁芳
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

對廣泛存在於空氣處理、熱能儲存等領域的吸收式熱質耦合系統的研究，有利於餘熱回收技術的發展和能源的高效利用。本項目首先分別針對以傳熱和以傳質為目的的吸收式熱質耦合過程定義描述工質（對）傳熱/質能力的傳熱/質火積，明確熱質輸運協同機理及其對不同能量存儲、轉化的作用機制。而後，對工質（對）狀態圖進行分區，明確不同區域內工質（對）傳熱傳質特性，提出便於在不同最佳化目標下直觀構建系統最優流程的狀態分區圖分析法。最後針對典型吸收式蓄能系統，採用熱力學理論和火積理論分別描述系統中的熱力學過程和熱質耦合傳遞過程，確定各過程進出口狀態參數與部件結構運行參數間的內在聯繫，建立不同系統設計需求與系統待設計參數間的直接數學關係，推導滿足系統設計需求的最佳化方程組，獲得最優的運行和結構參數分布，從而實現對系統參數的全局最佳化設計。本項目為吸收式熱質耦合系統的分析、設計與最佳化提供了理論基礎和最佳化方法。

結題摘要

耦合傳熱傳質過程廣泛存在於製冷通風、熱量輸運及能量存儲等系統中。為明確其物理機理，本項目從機理、影響因素、最佳化原理等多方面進行了多維度地研究，建立了完整的分析和最佳化方法，為提高能源利用效率、設計高效系統提供理論支撐。項目研究首先從傳熱傳質方程出發，將耦合傳熱傳質過程等效為三股流傳熱模型並驗證了模型的有效性，該模型清晰地揭示了傳熱與傳質兩種不同傳遞機理對於熱量輸運的協同影響，實現了傳熱和傳質定性分析和定量計算的解耦。而後，基於導電、傳熱、傳質三類物理現象的相似性，從系統能量輸運的視角，將含有耦合傳熱傳質的換熱網路等效為由熱動勢、熱阻等元件的組成的能量流模型。結合系統各部件的本構方程以及網路的拓撲關係，套用電路原理的基爾霍夫電流和電壓定律建立能量系統結構與運行參數的線性方程組。該模型即可用於系統性能分析，同時結合拉格朗日乘子法實現了對間接蒸發冷卻通風系統的全局最佳化設計。最後，考慮到含有熱功轉換過程的系統在能源系統中的重要地位，以有機朗肯循環（ORC）系統為研究對象，在傳熱能量流模型的基礎上，考慮到系統熱功轉換和工質特性，引入了功源，建立了典型ORC系統的能量流模型，套用基爾霍夫定律給出了該系統的完整數學描述和最佳化方程，並以循環淨功量和循環熱效率為最佳化目標，通過多目標遺傳算法對不同工況下的ORC系統進行了初始設計和運行最佳化。