加熱器和冷卻器傳熱溫差的優(yōu)化

加熱器和冷卻器傳熱溫差的優(yōu)化

    分別以冷卻器冷卻水出口溫度和加熱器加熱蒸氣溫度為決策變量，以總費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，提出了確定加熱器蒸氣*佳溫度和冷卻器冷卻水*佳出口溫度即*佳傳熱溫差的數(shù)學(xué)模型，并結(jié)合實(shí)例說明了計(jì)算方法。

    冷卻水是一種廉價(jià)的冷卻劑，水蒸氣是一種廉價(jià)的載熱體，因而水冷卻器和蒸氣加熱器是化工廠*常用的換熱設(shè)備之一。設(shè)計(jì)水冷卻器時(shí)，必須選擇適宜的冷卻水出口溫度即平均傳熱溫差，冷卻水的出口溫度直接關(guān)系到冷卻器的大小和冷卻水的消耗量；冷卻水的出日溫度高，可節(jié)省冷卻水的消耗量，但要增加冷卻器的冷卻面積；反之亦然。同樣，設(shè)計(jì)蒸氣加熱器時(shí)，必須選擇適宜的加熱蒸氣溫度即傳熱溫差，加熱蒸氣的溫度直接關(guān)系到加熱器的大小和加熱蒸氣的費(fèi)用；加熱蒸氣的溫度高，可減少加熱器的傳熱面積，但要增加加熱蒸氣的費(fèi)用；反之亦然。因此，冷卻水的出口溫度和加熱蒸氣的溫度即冷卻器和加熱器的傳熱溫差必然有個(gè)*經(jīng)濟(jì)的數(shù)值，在這個(gè)條件下操作，冷卻器和加熱器的設(shè)備費(fèi)用和操作費(fèi)用之和即總費(fèi)用*小。因此，研究加熱器和冷卻器的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的意義。
 
優(yōu)化計(jì)算的數(shù)學(xué)模型

    對于冷卻器和加熱器，優(yōu)化計(jì)算分別以冷卻水的出口溫度和加熱蒸氣的溫度為決策變量，以冷卻器和加熱器的總費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，以冷卻器和加熱器總費(fèi)用*小為優(yōu)化目標(biāo)。

    冷卻水出口溫度為48攝氏度時(shí)冷卻器的總費(fèi)用*小。但考慮到水溫較高時(shí)有水垢析出，影響傳熱效果目增加流動(dòng)阻力，故冷卻水出口溫度不宜過高。
    可以看出影響冷卻器和加熱器總費(fèi)用的因素有：
    (1)與換熱器的價(jià)格有關(guān)當(dāng)換熱器價(jià)格較貴時(shí)，將使設(shè)備費(fèi)增加；
    (2)與冷卻水和加熱蒸氣的價(jià)格有關(guān)冷卻水和加熱蒸氣價(jià)格增加時(shí)，將使操作費(fèi)增加；
    (3)冷卻器和加熱器總傳熱系數(shù)較大時(shí)相當(dāng)于減小了傳熱面積，將使設(shè)備費(fèi)減少；
    (4)當(dāng)熱負(fù)荷增大時(shí)，將使設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)都增加，即總費(fèi)用將隨之增加。