[發明專利]一種三套管相變蓄熱換熱單元的優化設計方法

有效

• 申請號: 202010141025.9
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN113343405B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 于浩冉;朱能;楊昆
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 李程;王秀奎

1.一種三套管相變蓄熱換熱單元的優化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、確定優化變量及優化目標函數；

所述優化變量為三套管相變蓄熱換熱單元的內管、套管和外管的半徑r₁，r₂，r₃；所述優化目標函數為：換熱效率函數、時間效率函數及質量函數；

所述換熱效率函數的定義如下：

其中，S即三套管相變蓄熱換熱單元的潛熱蓄熱量(kJ)，Q為換熱流體輸入的熱量(kJ)，W是用于克服三套管相變蓄熱換熱單元阻力損失的水泵的功耗(kJ)；

時間效率函數的定義如下：

其中，S即三套管相變蓄熱換熱單元的潛熱蓄熱量(kJ)，t是潛熱蓄熱過程完成的時間；

質量函數為：

其中，r₁，r₂，r₃分別為內管、套管和外管的管徑(m)，δ是壁厚(m)，L為三套管相變蓄熱換熱單元的長度，ρ_M為管材的密度(kg/m³)，S即三套管相變蓄熱換熱單元的潛熱蓄熱量(kJ)，H為相變材料的相變潛熱(kJ/kg)；

步驟二、根據優化目標函數和計算機配置條件的需要，選定合適的群智能優化算法；

步驟三、根據用戶側的負荷需求和場地條件，確定三套管相變蓄熱換熱單元的潛熱蓄熱能力S；然后根據其潛熱蓄熱能力S，確定優化變量的上下限；

步驟四、根據用戶負荷側的需要，確定符合實際需求的優化變量約束條件；

約束條件可以為：三套管相變蓄熱換熱單元的長度L，潛熱蓄熱過程完成的時間t，用于克服相變換熱單元阻力損失的水泵的功耗W，換熱流體流經內、外管的進出口溫差ΔT₁,ΔT₂；

步驟五、通過選定的所述群智能優化算法，優化目標函數，得到所述優化變量Pareto最優集。

2.根據權利要求1所述的優化設計方法，其特征在于，所述步驟三根據其潛熱蓄熱能力S，確定優化變量的上下限；具體為：

當S≤800kJ時，0.008≤r₁≤0.015，0.037≤r₂≤0.045，0.044≤r₃≤0.060；

當800S≤1000kJ時，0.008≤r₁≤0.020，0.040≤r₂≤0.050，0.048≤r₃≤0.065；

當1000S≤1500kJ時，0.010≤r₁≤0.023，0.045≤r₂≤0.055，0.050≤r₃≤0.065；

當1500S≤2000kJ時，0.012≤r₁≤0.028，0.050≤r₂≤0.065，0.055≤r₃≤0.075。

3.根據權利要求1所述的優化設計方法，其特征在于，所述步驟二中，所述群智能優化算法為：多目標遺傳算法NSGA-Ⅱ、多目標粒子群算法MOPSO、多目標人工蜂群算法MOABC或多目標蟻群算法MOACA。