基于最小熵产和最小热阻原理的传热过程分析及优化
传热过程在自然界和工业生产中广泛存在，在微电子设计及应用领域，电子芯片需要高效的散热方式，以保证元件处于安全的温度内;在航天器设计中，如何将航天器内设备仪器产生的废热及时排掉，已成为当前航天器热控系统研究的一项重要课题。另外，我国能源与环境问题不容乐观，化石能源储量丰富，但人均占有量远低于世界平均水平，且随着化石燃料燃烧废气的排放，空气中固体可吸入颗粒物、氮氧化物和硫氧化物含量居高不下，造成空气质量较差。将工业余热进行回收再利用，成为解决能源与环境问题的途径之一。 本文利用最小熵产与最小火积耗散热阻原理，对传热过程优化，在体点散热问题中降低系统内平均温度，在工业余热回收中，得到更高的回收效率，主要工作包括: 1、对于体点散热问题，在高导热材料填充中，创立了新型热导率离散化算法。以矩形平板为模型，在定温和辐射边界条件下，首先迭代计算连续分布的热导率，根据热导率分布情况将区域划分为一定数量的子区域，依次计算各子区域内高导热材料的填充数量和填充位置，最终完成整个区域内的高导热材料填充。将热导率离散化算法与其他算法作对比，探究热导率离散化算法的优势。 2、在水泥厂回转窑集热器优化中，利用经验公式推导出其传热和流动计算公式，进而导出熵产和火积耗散的计算方法。由于最小熵产原理优化存在不足，提出熵产和有效度多目标优化。基于两种优化原理对水泥厂回转窑集热器进行运行工况优化，根据优化后的最佳工况，保持其中两个工况参数不变，通过改变第三个工况，探究优化目标随工况参数的变化情况。 3、以单个集热器运行工况优化为基础，对集热器网络进行优化。设定不同的管路联接方案，分别对各管路联接方案进行优化，得到最佳流量分配策略。将不同方案的优化结果对比，得到最佳的管路联接方案。 4、对体点散热问题和集热器余热回收问题，均利用最小熵产和最小火积耗散热阻原理进行优化，将两种优化原理结果进行对比，研究两种优化原理的特点及适用条件。
最小熵产;最小火积耗散热阻;体点散热;集热器;传热优化
山东大学
硕士
工程热物理
杜文静
2015
中文
TK124
99
2015-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）