基于（火积）理论的船舶换热系统分析与优化研究

摘要

船舶换热系统作为船舶的重要组成部分，其换热效率的提高是船舶高效节能运行的重要保障，而目前针对船舶换热系统优化方面的研究相对零散，缺乏对其换热效率分析与优化的系统理论和方法。（火积）理论则是近年来由过增元院士及其研究团队提出的换热优化方面的新兴理论，可以实现对各种换热系统的优化与分析。
　　本研究主要内容包括：⑴针对高温淡水换热系统，基于（火积）理论建立了换热器传热过程的传热优化模型，推导出了模型对应的非线性方程组并求解。利用该模型，分析了该系统中的热容流和缸套水出口温度等重要参数对高温淡水换热系统的最优热导的影响规律。结果显示：总换热器热导随热容流增加呈非线性减小的趋势，其变化幅度逐渐减小;随热负荷增加呈非线性增加的趋势，其变化幅度逐渐增加。⑵针对空调系统的冷水机组，基于（火积）理论，建立了能够考虑热工转换过程的蒸汽压缩制冷循环的传热优化模型，利用拉格朗日极值法推导出了相应的非线性方程组并进行了求解。利用模型，分析了热负荷和冷媒水进口温度等参数对最优总换热器热到的影响规律。研究结果显示:总换热器热导随制冷负荷增加呈斜率增加的非线性增加的趋势，随冷媒水进口温度增加呈斜率减小的非线性减小的趋势。⑶针对船舶冷库的多个蒸发器并联的蒸汽压缩制冷机组进行了传热优化分析。基于（火积）理论建立了多蒸发温度的蒸发压缩制冷循环的优化模型和相应的非线性方程组并求解。找到了各个冷库的最佳蒸发温度和制冷剂流量等参数，结果显示，优化后的冷库的总换热器总热导可以减小大约2.1％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究意义

1．2 船舶节能减排技术和换热系统优化的现状

1．3 (火积)理论的国内外研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第2章 高温淡水系统的换热优化分析

2．1 基于(火积)理论的高温淡水系统的传热优化模型

2．2 计算结果和分析

2．3 两个换热器热容流对总换热面积影响的优化分析

2．4 主机换热器淡水出口温度对换热面积影响的优化分析

2．5 其他相关参数对换热面积影响的分析

2．6 高低温淡水换热器热容流分配对其换热面积影响的优化分析

2．7 本章小结

第3章 船舶空调系统的冷水机组换热优化分析

3．1 基于(火积)理论的空调系统冷水机组的传热优化模型

3．1．1 冷凝器的数学模型

3．1．2 蒸发器的数学模型

3．1．3 系统的热力学分析

3．1．4 蒸汽压缩制冷优化模型建立

3．2 关于非线性方程组的求解

3．3 对于计算结果的优化和分析讨论

3．3．1 热负荷的影响分析

3．3．2 蒸发器冷端入口温度的影响分析

3．4 本章小结

第4章 船舶冷库系统的制冷机组换热优化分析

4．1 基于(火积)理论的冷库制冷系统的传热优化模型

4．1．1 冷凝器、蒸发器的数学模型和系统的热力学分析

4．1．2 蒸汽压缩制冷模型的建立

4．2 关于冷凝温度Tc的确定

4．2．1 参数的选取

4．2．2 优化计算求冷凝温度Tc

4．3 标准冷凝温度下各冷库的优化求解计算

4．4 优化结果的对比

4．5 本章小结

结论与展望

参考文献

附录

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介