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远洋渔船余热制冷系统仿真优化
作 者: 李红霞
导 师: 张文孝;任莉
学 校:
专 业: 农业机械化工程
关键词: 氨水吸收式制冷 远洋渔船 遗传算法优化 Exergy分析
分类号: S972.79
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
下 载: 3次
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内容摘要
大部分渔船选用柴油机作为其主推进装置,然而在柴油燃烧产热过程中,转变为机械能的热量不足二分之一,其余能量随废气、废水排出,可见对渔船动力装置的余热利用研究具有很大的价值。本文对传统氨水吸收式制冷系统进行数学建模,通过改变初始参数,讨论其对整个制冷系统效率的影响,在不增加系统成本的前提下对系统参数进行优化,寻求最优参数使得系统制冷系数最高,提高渔船柴油机余热利用效率。首先以舒尔茨提出的基于对比态吉布斯函数的氨水溶液物性计算公式为基础,利用了舒尔茨氨水溶液饱和气相、饱和液相的状态方程,分析了氨-水工质的热力学性质,并对渔船余热氨水吸收式制冷系统设备进行了相关分析,通过应用matlab软件,对系统各状态点参数进行编程计算,计算得到系统各状态点参数、系统设备热负荷、系统物料平衡结果。其次分析了热源温度、冷却水温度、蒸发温度对氨水吸收式制冷系统循环倍率、发生器浓溶液焓值、发生器热负荷、系统性能系数的影响,并在这基础上,以系统制冷效率COP为目标函数,利用遗传算法对系统COP进行了优化计算,其中讨论分析两种参数优化变量情况。结果表明优化后的COP分别比原来提高了38.7%和30%,并计算了优化后系统的保鲜货物量。由于热力学第一定律只是从数量上说明能量转化的守恒关系,能量损失大的元件未能体现,然而Exergy表达了能量品质,理论上是任何系统与环境达到能量平衡时能转化为有用功的那一部分能量,即最大可用功。所以本文又进一步分析了系统和各个元件的Exergy损失,并以Exergy效率ECOP为目标函数,将冷却水温升Δtw、冷凝器热端温差Δt2、发生器热端温差Δt12、蒸发器传热温差Δt5、吸收器冷端温差Δt7、溶液热交换器冷端温差Δt10,六个温度值作为参数变量,通过遗传算法进行优化分析,使得ECOP提高了7.2%。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-8 1 绪论 8-13 1.1 选题的背景及意义 8 1.2 余热制冷的现状 8-12 1.2.1 吸附式制冷的发展现状 8-9 1.2.2 吸收式制冷的发展现状 9-12 1.2.2.1 氨水吸收式制冷的发展现状 9-10 1.2.2.2 溴化锂吸收式制冷的发展现状 10-12 1.2.2.3 其他工质吸收式制冷的发展现状 12 1.3 本文研究内容 12-13 2 吸收式制冷氨水热力学性质和状态参数程序化 13-22 2.1 吸收式制冷工质对氨水溶液的物理化学性质 13 2.1.1 氨水溶液的性质 13 2.1.2 氨水溶液状态方程 13 2.2 基于舒尔茨状态方程的氨水参数程序化 13-18 2.2.1 对比态参数 13-14 2.2.2 对比态吉布斯函数 14-15 2.2.3 对比态吉布斯函数对温度的偏导数 15-16 2.2.4 对比态吉布斯函数对压力的偏导数 16-17 2.2.5 对比态吉布斯函数对溶液中氨的摩尔分数求偏导数 17 2.2.6 对比态比熵 17 2.2.7 对比态比焓 17-18 2.2.8 对比态比容 18 2.3 吸收式制冷工质对氨水的状态参数求解计算 18-21 2.3.1 氨水溶液状态参数计算公式 18 2.3.2 纯物质气液两相平衡时状态参数求解 18-19 2.3.3 混合物气液两相平衡时状态参数求解 19-21 2.4 本章小结 21-22 3 氨水吸收式制冷数学模型 22-32 3.1 氨水吸收式制冷循环模型介绍 22-23 3.2 氨水吸收式制冷数学模型概述 23-24 3.2.1 氨水制冷机初始参数的基本假定 23 3.2.2 热力计算 23-24 3.3 氨水吸收式制冷各状态参数的计算 24-26 3.4 氨水吸收式制冷系统平衡计算 26-29 3.4.1 热平衡计算 26-27 3.4.2 循环物料平衡计算 27-29 3.4.3 设备热负荷 29 3.5 计算结果 29-31 3.6 本章小结 31-32 4 氨水吸收式制冷循环性能分析 32-39 4.1 热源温度对系统性能的影响 32-34 4.1.1 热源温度对系统循环倍率的影响 32 4.1.2 热源温度对进入发生器的浓溶液焓值的影响 32-33 4.1.3 热源温度对进发生器热负荷的影响 33 4.1.4 热源温度对系统性能系数的影响 33-34 4.2 冷凝温度对系统的影响 34-36 4.2.1 冷凝温度对循环倍率的影响 34 4.2.2 冷凝温度对进发生器溶液焓值的影响 34-35 4.2.3 冷凝温度对发生器热负荷的影响 35 4.2.4 冷凝温度对系统性能系数的影响 35-36 4.3 蒸发温度对系统的影响 36-38 4.3.1 蒸发温度对循环倍率的影响 36 4.3.2 蒸发温度对对进入发生器溶液焓值的影响 36-37 4.3.3 蒸发温度对发生器热负荷的影响 37 4.3.4 蒸发温度对系统性能系数的影响 37-38 4.4 本章小结 38-39 5 远洋渔船余热利用氨水吸收式制冷系统优化 39-48 5.1 基于冷却水温度、制冷温度、热源温度为变量的优化 39 5.1.1 目标函数 39 5.1.2 优化变量 39 5.1.3 约束条件 39 5.2 基于氨水吸收制冷系统各元件温差为变量的优化 39-40 5.2.1 目标函数 39 5.2.2 优化变量 39 5.2.3 约束条件 39-40 5.3 遗传算法 40-44 5.3.1 遗传算法初始种群的设定: 40-42 5.3.2 遗传编码 42 5.3.3 遗传选择算子 42-43 5.3.4 遗传交叉算子 43 5.3.5 遗传变异算子 43 5.3.6 遗传控制参数选定 43-44 5.4 遗传算法优化计算实例 44-45 5.5 优化后的渔船氨水吸收式制冷系统满足货品需求冷量计算 45-46 5.5.1 货物冷却加工 45-46 5.5.2 货物冻结加工 46 5.5.3 冷藏间内货物耗冷量 46 5.6 本章小结 46-48 6 远洋渔船氨水吸收式制冷系统 Exergy 分析 48-58 6.1 Exergy 分析 48 6.1.1 Exergy 的表达式 48 6.1.2 Exergy 效率表达式 48 6.2 Exergy 分析数学模型 48-54 6.2.1 发生器 Exergy 分析数学模型 48-49 6.2.2 分凝器 Exergy 分析数学模型 49 6.2.3 冷凝器 Exergy 分析数学模型 49-50 6.2.4 过冷器 Exergy 分析数学模型 50-51 6.2.5 节流阀 T1 的 Exergy 分析数学模型 51 6.2.6 蒸发器 Exergy 分析数学模型 51-52 6.2.7 吸收器 Exergy 分析数学模型 52 6.2.8 节流阀 T2 的 Exergy 分析数学模型 52-53 6.2.9 溶液泵 Exergy 分析数学模型 53 6.2.10 溶液热交换器 Exergy 分析数学模型 53-54 6.3 Exergy 效率 54 6.4 系统循环 Exergy 分析 54-56 6.4.1 热源温度对系统 Exergy 效率的影响 54-55 6.4.2 冷凝温度对系统 Exergy 效率的影响 55 6.4.3 冷凝温度对系统 Exergy 效率的影响 55-56 6.5 远洋渔船氨水吸收式制冷系统循环 Exergy 分析优化 56-57 6.5.1 目标函数的确定 56 6.5.2 目标函数约束条件 56-57 6.6 本章小结 57-58 7 结论与建议 58-59 7.1 全文总结 58 7.2 建议 58-59 参考文献 59-62 攻读学位期间发表的论文目录 62-65 致谢 65
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