基于Matlab的换热设备CAD系统优化与集成

基于Matlab的换热设备CAD系统优化与集成作者：董其伍，安万辉，刘敏珊作者单位：郑州大学热能工程研究中心,郑州,450002刊名：化工设计英文刊名：CHEMICALENGINEERINGDESIGN年，卷(期)：2008，18(3)被引用次数：1次参考文献(8条)1.汪灵枝.申锦标.赵世安基于模拟退火的进化算法性能对比研究[期刊论文]-百色学院学报2007(03)2.刘亚磊基于MATLAB优化工具箱的机械优化设计[期刊论文]-现代机械2006(06)3.刘敏珊.钱亚东.董其伍新型换热设备CAD系统的研究[期刊论文]-CAD/CAM计算机辅助设计与制造2003(06)4.董其伍.刘敏珊纵流壳程换热器20075.蒲俊Matlab6.0数学手册20026.MATLABCOMBuilderusersGuide20027.MATLABExternalInterfaceReferenceVersion620038.黄金明VC++与Matlab的无缝集成[期刊论文]-现代电子技术2007(14)相似文献(10条)1.学位论文安万辉换热设备CAD技术及HECAD系统升级研究2005换热设备是一种重要的过程工业设备。CAD技术在世界范围内已进入实际应用领域，换热设备CAD技术是CAD技术在换热设备领域的具体应用，换热设备的计算机辅助设计、制造的研究与开发也是换热设备行业的发展趋势。　　热力系统换热设备CAD系统(简称HECAD系统)实现了新型高效纵流壳程换热设备研究开发与工艺设计、机械设计、零部件设计的一体化和集成化。　　论文针对换热设备CAD系统的现状和发展趋势以及换热设备CAD系统的特点，对换热设备CAD系统及其升级技术进行了研究。阐述了换热设备CAD技术的基础理论，针对HECAD系统的特点探讨了各种开发环境的优劣，并对最终的开发环境ObjectARX作了介绍，同时阐述了ObjectARX应用程序的建立方法、除错机制及HECAD系统中菜单的定制方法，为换热设备CAD系统的升级提供了技术和理论支持；阐述了HECAD系统由低版本向高版本的升级路线，分析了低版本中所采用的CAD技术(如对话框技术、数据库技术)，针对它们的缺点提出了改进意见和升级方法，提升了系统的稳定性，兼容性，更为以后再次升级打下了基础。　　论文由设备技术经济学和设备综合管理角度出发，以纵流壳程换热器的设备投资作为目标函数，在多约束条件下，采用本中心传热系数及流体流动阻力的计算公式，对纵流壳程换热器的工艺设计部分进行了优化。在引进Matlab的优化工具箱，并将Matlab的程序作为MicrosoftVisualC++6.0的外挂程序与HECAD系统集成方面做了探索。　　论文增加了HECAD系统的帮助系统，并开发了HECAD系统的起动文件和卸载文件，制作了整个系统的安装程序，与升级前的系统相比，新系统只包含了可执行程序及相关的辅助文件，占用空间大大减小，使用时更方便，安装时更智能化。2.学位论文熊少武电场强化传热模糊PID控制与水平管外流动沸腾传热数值模拟2007由于工程实际对高效传热技术的迫切需要以及EHD强化传热技术具有很好的强化效果，近年来EHD强化传热技术在国内外已经得到广泛的研究和应用。但电场强化换热和众多因素有关，从以往的研究来看，热流密度、工质的电物性和外施电压等参数均会影响传热效果，它们之间准确的关系尚未建立。这就造成在对其进行控制时，该换热系统的数学模型难于建立。模糊控制是以模糊数学作为理论基础发展起来的智能自动控制技术，它不需要掌握被控对象的精确模型，而是利用被控过程的动态信息，依据经验积累的知识规则进行推理获得最佳控制量。模糊控制具有较强的适应性，系统的鲁棒性强，尤其适用于时变、非线性、时滞系统的控制。模糊控制可以与PID控制相结合构成智能控制体系，其各性能相对于PID控制均有很大的改善。本文采用模糊PID算法对其进行控制。根据其动态参数，建立模糊PID规则，并应用MATLAB软件对模糊PID算法进行仿真，将其结果与PID模拟结果进行对比。发现模糊PID控制在响应速度、抗干扰能力和稳态性能方均好于常规PID控制。最后对模糊PID控制算法进行了实验研究，并获得了令人满意实验的结果。对今后电场强化换热控制方面的设计具有一定的参考价值。横纹槽管因其在传热性能上明显优于光管，且具有结构紧凑和加工制作方便等优点，在动力、能源、化工、核反应堆等场合中的蒸汽发生器和换热设备中得到了广泛应用。制冷剂R134a．是目前国际公认的和被广泛推荐作为CFC-12替代物的物质。R134a的特点是对大气臭氧层的破坏能力系数(ODP)为零，地球温室效应(GWP)值为0.26，不易燃，无毒，无腐蚀作用：是最具实用性的替代制冷剂工质，并且己经投入商业应用。由此可见，研究制冷剂R134a在水平横纹槽管管外沸腾传热对新制冷系统的设计开发和可靠运行具有重要的理论意义和工程应用价值。本文应用FLUENT软件对制冷剂R134a在水平光管和横纹槽管外饱和泡状沸腾过程进行了三维数值模拟。得到了饱和泡状沸腾过程温度场、速度场和体积含汽率的分布规律，以及这些参数沿流动方向的变化情况。结果表明：数值模拟能够很好的模拟横纹管水平管外饱和泡状沸腾传热，横纹槽管能够很好的强化传热。同时，本文还分析了质量流量、热流密度的变化对横纹管管外饱和泡状沸腾换热系数的影响，并应用场协同理论，从局部换热的角度分析了其管外沸腾强化的机理，为今后该方面的研究应用提供参考。3.学位论文刘杰客车空调平行流冷凝器模型研究2007随着汽车工业的发展和人们物质文明水平的提高，人们对汽车的舒适性、可靠性、安全性的要求越来越高，汽车空调得到了广泛地普及。冷凝器作为客车空调系统的关键换热设备，其结构尺寸和换热性能对客车空调系统的布置、客车空调的运行特性和经济性有重要的影响。冷凝器的高效、轻量、小型化以及与客车空调制冷系统的匹配设计是客车空调系统的研究重点之一。本文针对扬州杰信车用空调有限公司的12米客车空调系统，利用MATLAB软件建立客车空调系统各部件的数值计算模型，重点对平行流冷凝器和管片式冷凝器进行了仿真研究。利用Matlab中Simulink仿真工具的强大功能对所建立的客车空调系统模型进行优化仿真，得出整个客车空调系统在分别使用平行流冷凝器和管片式冷凝器的情况下主要性能参数的变化规律，为客车空调系统的匹配设计提供依据，并在顶置式客车空调性能实验系统上进行了空调性能实验，实验结果验证了所建模型的合理性与可靠性。结果证明，平行流冷凝器较传统的管片式冷凝器有较大的性能提高，是一种可以提高客车空调能效、实现轻量小型化、降低金属材料消耗、大幅提高综合效益的新型换热器，值得大力推广；同时，也验证了本文所建立的数值分析工具具有一定的工程应用价值。4.学位论文贾原媛三相循环流化床麦草浆黑液蒸发器防、除垢和强化传热研究2003制浆造纸工业是国民经济的重要产业之一.中国森林资源匮乏,人口众多,不得不以非木材,主要是禾草原料为主要制浆造纸原料.麦草浆黑液是我国造纸工业的主要污染源,采用碱回收技术来治理,不但可回收大量宝贵的资源、能源,而且可减少污染95％以上.但是,麦草浆黑液含硅多,粘度大,蒸发器结垢严重,出效浓度低,使燃烧系统不能稳定运行,需要补充大量助燃油,导致碱回收成本大幅度增加.所以说黑液蒸发工段是碱回收工程的瓶颈问题.该文首次将三相循环流化床蒸发器应用于麦草浆黑液蒸发,从理论和实验两个方面深入研究了汽液固三相循环流化床麦草浆黑液蒸发器的防、除垢和强化传热的性能和机理,为三相循环流化床麦草浆黑液蒸发器的工业应用提供了理论依据.论文主要内容如下:首先介绍了与该文相关的背景资料,包括了中国麦草浆黑液蒸发的现状,换热设备污垢的基本类型、形成过程、结垢机理和换热设备的防、除垢技术以及多相流沸腾传热和防、除垢技术的研究进展,明确该文的选题意义;第二,对麦草浆黑液结垢物的化学成分进行了分析,首次对黑液结垢物进行分形研究,探讨其结垢机理,指出麦草浆黑液结垢是一个复杂的化学反应;第三,从理论上深入研究了三相循环流化床蒸发器的防、除垢机理.指出三相流剪应力对延长污垢的诱导期起主要作用,并对其作了定量计算.根据理论分析,指出汽液固三相流剪应力能延长污垢附着需要的时间,增加污垢的剥蚀比率.建立固体颗粒与垢层的碰撞应力模型,指出这种碰撞应力产生的初始裂纹在温差应力作用下将使垢层上已形成的初始裂纹扩展或产生新的裂纹,造成污垢的剥落;第四,系统地研究了固体颗粒强化流动沸腾传热的机理.从理论上阐明了固体颗粒强化单相对流传热和强化核态沸腾传热的机理;第五,首次利用Matlab神经网络工具箱,基于人工神经网络建立了三相循环流化床沸腾传热模型.该模型学习速率快,训练步骤少,逼近程度高,最大偏差不大于5％,为三相循环流化床蒸发器的传热计算提供了可靠的方法和理论基础;第六,在实验装置上对汽液固三相循环流化床麦草浆黑液蒸发器的防、除垢和强化传热性能进行了深入的研究.5.学位论文韩丰云客车空调平行流冷凝器传热流动特性研究2008冷凝器是客车空调系统中关键换热设备，其结构尺寸和换热流动性能对客车空调系统的布置、客车空调的运行特性和经济性有重要的影响。本文针对扬州杰信车用空调有限公司的12米客车空调系统，以工程热力学和传热学为基础，对其进行分析、抽象和简化，利用MATLAB软件建立客车空调系统制冷剂、压缩机、蒸发器、冷凝器以及节流装置的数值计算模型，重点对平行流冷凝器进行研究。对于每个流程，取一根多孔扁管为研究对象，沿制冷剂流动方向将扁管划分为多个微元，取其中的一个微元为控制体，建立空气侧和制冷剂侧单相区、两相区一维稳态数学模型进行求解，分析传热流动特性。对所建立的客车空调系统模型编制了可视化软件，进行仿真。并与实验结果相对比，得出客车空调系统平行流冷凝器传热流动性等特点，为客车空调系统的匹配设计提供依据。分析结果表明，客车空调系统应用平行流冷凝器后性能得到提高；通过改变流程数和各流程管数来改变冷凝过程中的流通截面而达到调整流速的作用，从而可以保持较高的冷凝换热系数和较低的流动压降，与常规换热器相比具有显著的优越性。仿真结果与实验数据相吻合。同时，也验证了本文所建立的数值分析工具具有一定的工程应用价值。6.学位论文张恒水平管循环流化床换热器防、除垢的实验研究2008换热设备的防、除垢问题是学术界及工业界普遍关注的课题。将多相流态化技术引入防、除垢过程，通过在换热装置中加入一定种类、浓度、粒径的惰性固体颗粒的方法来达到防、除垢和强化传热的目的，取得了显著的效果，具有广阔的应用前景。本文对水平管液固循环流化床换热器的防、除垢和强化传热性能进行了研究，考察了操作参数对其防除垢和强化传热的影响，提出了最佳工艺条件，并利用Matlab语言实现了数据的可视化。实验结果表明，惰性固体颗粒的加入不仅大大地延缓了结垢，达到了防除垢的目的，而且强化传热效果显著。加入固体颗粒体积分率越大，强化传热效果越明显；颗粒循环流量越大传热系数越高；热通量大时传热效果好。最后通过建立线性回归模型，得出了水平流化床换热器膜传热系数及压降关联式，以指导工程实践。7.学位论文张国钊环氧丙烷装置换热网络优化与废液换热器改进研究2007换热网络的优化及换热器的高效化对于过程工业节约能源、清洁生产具有重要意义。本文利用夹点技术对某环氧丙烷装置换热网络进行了分析，并提出了优化改造方案。基于MATLAB的操作型夹点分析表明，现行换热网络的夹点温差偏大。通过优选夹点温差，得知现行换热网络存在较大节能潜力。进一步分析表明现行换热网络存在违背夹点设计原则的现象，导致用能不合理。考虑换热网络变动的复杂程度和经济性，提出了一种简便的优化改造方案。但由于污垢的生成，会对换热设备和换热网络产生很大影响，使换热网络达不到预期的节能效果。故本文进一步结合该环氧丙烷装置中皂化废液换热器的结垢问题，针对以波纹管代替光管作为换热器的内管这一方案进行了实验研究。实验结果表明，波纹管不仅比光管有较好的传热性能，而且有较强的阻垢能力，所以采用波纹管换热器取代原光