增大热源温差型太阳能制冷系统的优化

【摘要】： 利用计算机对太阳能制冷系统进行优化计算,可有针对性地提高系统的整体性能,优化各设计及运行参数,提高循环的制冷系数,减小系统的传热面积。 本文首先介绍了增大热源温差型太阳能制冷系统的流程及循环原理,建立了溴化锂溶液的物性参数计算程序和循环计算程序,并建立了热力计算模型及传热计算模型。通过上机计算,所得循环参数结果与原设计参数相等,验证了溴化锂溶液的物性参数计算程序和循环计算程序的正确性。 通过分析增大热源温差型太阳能制冷系统的特点,选取热源节点温差、蒸发器传热端差、低压吸收器传热端差、高压吸收器传热端差、冷凝器传热端差、流动阻力损失以及中间压力等七个变量为优化设计变量。建立三个优化目标函数:制冷系数COP最大、总的传热面积A最小以及面积效率比A/COP最小。同时,分析了各个变量对每个目标函数的影响。 使用FORTRAN语言编制优化程序,利用MPOP优化程序对循环进行优化计算,分析了上述变量对目标函数的影响。对于每一次优化,优化结果均能达到预期的目标。计算结果表明,以制冷系数COP最大为目标函数的优化,能够提高COP,但可导致系统的传热面积增大。以传热面积最小为目标函数的优化,能够有效地减小系统的传热面积,却使制冷系数COP降低了。以面积效率比最小为目标函数的优化,在传热面积增加有限的情况下,制冷系数获得很大的提高。可见,以面积效率比最小为目标函数的优化,综合考虑了传热面积和COP的影响,因此得出的结果较为合理。 将优化后的循环与原设计循环相比较,采用优化参数进行循环的性能,较原循环有明显的提高。在以面积效率比最小为目标函数的优化中,系统的制冷系数由原来的0.584提高为0.698,有了很大的提高,仅仅比以制冷系数为目标函数的优化低了0.8%,但传热面积却比以制冷系数为目标函数的优化减少了3.27%。同时,冷却水流量、冷媒水流量和热水流量均有所减小。 本文通过对增大热源温差型性制冷循环的优化计算,提高了系统的性能,也为如何选择循环参数提供了一种解决方案。 【关键词】：优化设计 太阳能 吸收式制冷 热力计算
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TB65
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 1.课题背景介绍11-18
• 1.1 太阳能制冷的利用11
• 1.2 太阳能制冷的研究现状11-17
• 1.2.1 计算机优化在制冷技术中的应用12-13
• 1.2.2 相关研究13-17
• 1.3 本文要做的主要工作17-18
• 2 溴化锂水溶液和水蒸气的物性参数的数学模型18-24
• 2.1 溴化锂水溶液的物性参数模型18-21
• 2.1.1 化锂水溶液温度、质量分数、焓关系式18-19
• 2.1.2 溴化锂水溶液的平衡方程19-20
• 2.1.3 溴化锂溶液的结晶温度方程20
• 2.1.4 溴化锂溶液的密度与温度和浓度关系方程20-21
• 2.2 水蒸气的物性参数21-22
• 2.2.1 水蒸汽的饱和压力21
• 2.2.2 过热水蒸汽的比焓21-22
• 2.3 物性计算程序22-24
• 3 增大热源温差型太阳能制冷系统简介24-26
• 3.1 系统循环图24
• 3.2 工作过程简述24-25
• 3.3 循环过程的焓-浓图25-26
• 4 优化设计数学模型的建立26-36
• 4.1 热力计算数学模型的建立26-31
• 4.1.1 热力循环条件的假设26-27
• 4.1.2 给出已知参数27
• 4.1.3 确定设计参数27-28
• 4.1.4 循环个点参数的计算28-29
• 4.1.5 各换热设备的热负荷29-31
• 4.1.6 系统的热平衡的校核31
• 4.1.7 循环的性能系数31
• 4.1.8 循环的其他变量计算31
• 4.2 传热计算模型的建立31-34
• 4.3 设计计算程序分析34-36
• 5 优化计算36-65
• 5.1 优化目标函数的选择36-37
• 5.1.1 制冷系数最大36
• 5.1.2 设备的总的传热面积A最小36
• 5.1.3 传热面积与制冷系数的比值最小36-37
• 5.2 优化变量的选取37-51
• 5.2.1 中间压力P_m37-39
• 5.2.2 热源节点温差DT539-41
• 5.2.3 蒸发器的传热端差△T_041-43
• 5.2.4 低压吸收器的传热温差△T_(1a)43-44
• 5.2.5 高压吸收器的传热温差△T_(ha)44-46
• 5.2.6 流动阻力损失△P_e46-48
• 5.2.7 冷凝器的传热端差△Tc48-50
• 5.2.8 热源温度T_(h1)50-51
• 5.3 约束条件的建立51-53
• 5.3.1 机组的热平衡51-52
• 5.3.2 结晶温度的控制52
• 5.3.3 冷却水的平衡52
• 5.3.4 放气范围52
• 5.3.5 溶液浓度要求52
• 5.3.6 蒸发温度52-53
• 5.3.7 热水的平衡53
• 5.3.8 热力系数的要求53
• 5.4 优化的实施53-64
• 5.4.1 优化方法介绍53-54
• 5.4.2 优化结果54-62
• 5.4.2.1 以制冷系数最大为目标函数的优化54-58
• 5.4.2.2 以传热面积最小为目标函数的优化58-60
• 5.4.2.3 以传热面积与制冷系数的比值最小为目标函数60-62
• 5.4.3 优化结果分析62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 6 结论65-67
• 6.1 全文主要工作及结论65-66
• 6.2 论文不足66-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 学位论文评阅及答辩情况表72

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