非等温混合对用水网络能量性能影响机理的研究

论文摘要

为了深入探索非等温混合对用水系统能量特性的影响机理，本文根据系统夹点位置，将流股间的混合分为了21类，并用混合所涉及到的温度关系排除了其中三种混合类型的存在性。通过分析非等温混合前后系统热、冷复合曲线的变化，本文系统地研究了18种流股间的非等温混合对用水网络能量特性的影响，并建立了有效的非等温混合规则。基于夹点分析技术，本文研究了非等温混合对系统能量特性的影响机理。对于用水网络，水流股间的混合（等温或者非等温）会减少系统中的流股数目。流股间的非等温混合还能够实现直接传热，从而减少系统所需的换热面积，甚至减少系统的换热器数目。然而，混合过程伴随的直接传热可能会跨越系统的夹点：若混和打破最小换热温差的限制，实现跨越夹点由下而上的能量传递，则混合可能提高系统的热回收量，从而给系统带来节能效果；若混和过程伴随着跨越夹点由上而下的能量传递，则混合必然降低系统的热回收量，从而给系统带来能量惩罚。当混合过程伴随的能量传递不跨越夹点时，混合必然不会给系统带来节能效果。本文通过分析18种非等温混合给系统能耗带来的影响，得到了两流股非等温混合的混合规则。热-热混合及冷-冷混合的混和过程不会伴随跨越夹点的能量传递，但混合可能造成剩余流股间能量匹配的变化，进而引起跨越夹点由上而下的能量传递，因此热-热混合及冷-冷混合不会给系统带来节能效果。热、冷流股间的混合可能不会引起跨越夹点的能量传递，也有可能引起跨越夹点由上而下或由下而上的能量传递，因此热、冷流股间的混合可能不改变系统能耗，也可能使系统公用工程消耗增加或减小。显然，当以系统水耗最小及能耗最小为优化目标时，我们应该避免给系统带来能量惩罚的混合，充分利用不改变系统能耗的混合及给系统带来节能效果的混合。最后，本文针对一个具有多处混合可能性的用水实例，用上述非等温混合规则分析各处混合对系统能量性能的影响，并用夹点技术对分析结果进行了验证。结果证明：利用该非等温混合规则，可以有效的避免引起系统能耗增加的混合，充分利用流股间的非等温混合来实现工业能量集成用水系统中节能降耗的目的。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 能量集成用水网络的优化问题
• 1.1.1 概念设计法
• 1.1.2 数学规划法
• 1.2 水流股间的非等温混合问题
• 1.2.1 非等温混合的工业意义
• 1.2.2 非等温混合的研究现状
• 1.3 夹点技术
• 1.3.1 夹点技术的主要原理
• 1.3.2 夹点技术的应用与发展
• 1.4 小结
• 第二章 流股与混合的分类
• 2.1 流股的分类
• 2.2 混合类型的划分
• 2.3 混合类型存在性的证明
• 2.3.1 热-热混合类型
• 2.3.2 冷-冷混合类型
• 2.3.3 热-冷混合类型
• 2.4 小结
• 第三章 非等温混合对系统能量性能的影响研究
• 3.1 非等温混合对系统能耗的影响机理
• 3.2 热-热混合对系统能量性能的影响
• 3.2.1 夹点下热流股间的混合
• 3.2.2 跨夹点热流股与夹点下热流股间的混合
• 3.2.3 夹点上热流股与夹点下热流股间的混合
• 3.2.4 夹点上热流股与跨夹点热流股间的混合
• 3.2.5 夹点上热流股间的混合
• 3.3 冷-冷混合对系统能量性能的影响
• 3.3.1 夹点下冷流股间的混合
• 3.3.2 跨夹点冷流股与夹点下冷流股间的混合
• 3.3.3 夹点上冷流股与夹点下冷流股间的混合
• 3.3.4 夹点上冷流股与跨夹点冷流股间的混合
• 3.3.5 夹点上冷流股间的混合
• 3.4 热-冷混合对系统能量性能的影响
• 3.4.1 夹点下热、冷流股间的混合
• 3.4.2 夹点下热流股与跨夹点冷流股间的混合
• 3.4.3 夹点下热流股与夹点上冷流股间的混合
• 3.4.4 跨夹点热流股与夹点下冷流股间的混合
• 3.4.5 跨夹点热、冷流股间的混合
• 3.4.6 跨夹点热流股与夹点上冷流股间的混合
• 3.4.7 夹点上热流股与跨夹点冷流股间的混合
• 3.4.8 夹点上热、冷流股间的混合
• 3.5 小结
• 第四章 非等温混合规则在复杂用水网络中的应用
• 4.1 用水网络实例
• 4.2 九种混合对系统能量性能的影响分析
• 4.2.1 操作单元 6 处混合的影响分析
• 4.2.2 操作单元 7 处混合的影响分析
• 4.2.3 操作单元 8 处混合的影响分析
• 4.2.4 操作单元 9 处混合的影响分析
• 4.2.5 操作单元 10 处混合的影响分析
• 4.2.6 操作单元 11 处混合的影响分析
• 4.2.7 操作单元 12 处混合的影响分析
• 4.2.8 操作单元 14 处混合的影响分析
• 4.2.9 操作单元 15 处混合的影响分析
• 4.3 小结
• 第五章 结论与展望
• 符号说明
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢