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。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.课题背景介绍

1.1太阳能制冷的利用

1.2太阳能制冷的研究现状

1.2.1计算机优化在制冷技术中的应用

1.2.2相关研究

1.3本文要做的主要工作

2溴化锂水溶液和水蒸气的物性参数的数学模型

2.1溴化锂水溶液的物性参数模型

2.1.1化锂水溶液温度、质量分数、焓关系式

2.1.2溴化锂水溶液的平衡方程

2.1.3溴化锂溶液的结晶温度方程

2.1.4溴化锂溶液的密度与温度和浓度关系方程

2.2水蒸气的物性参数

2.2.1水蒸气的饱和压力

2.2.2过热水蒸汽的比焓

2.3物性计算程序

3增大热源温差型太阳能制冷系统简介

3.1系统循环图

3.2工作过程简述

3.3循环过程的焓-浓图

4优化设计数学模型的建立

4.1热力计算数学模型的建立

4.1.1热力循环条件的假设

4.1.2给出己知参数

4.1.3确定设计参数

4.1.4循环个点参数的计算

4.1.5各换热设备的热负荷

4.1.6系统的热平衡的校核

4.1.7循环的性能系数COP

4.1.8循环的其他变量计算

4.2传热计算模型的建立

4.3设计计算程序分析

5优化计算

5.1优化目标函数的选择

5.1.1制冷系数最大

5.1.2设备的总的传热面积A最小

5.1.3传热面积与制冷系数的比值A/COP最小

5.2优化变量的选取

5.2.1中间压力Pm

5.2.2热源节点温差DT5

5.2.3蒸发器的传热端差△T0

5.2.4低压吸收器的传热温差△TIa

5.2.5高压吸收器的传热温差△Tha

5.2.6流动阻力损失△Pe

5.2.7冷凝器的传热端差△Tc

5.2.8热源温度Th1

5.3约束条件的建立

5.3.1机组的热平衡

5.3.2结晶温度的控制

5.3.3冷却水的平衡

5.3.4放气范围

5.3.5溶液浓度要求

5.3.6蒸发温度

5.3.7热水的平衡

5.3.8热力系数的要求

5.4优化的实施

5.4.1优化方法介绍

5.4.2优化结果

5.4.3优化结果分析

5.5本章小结

6结论

6.1全文主要工作及结论

6.2论文不足

参考文献

致谢