溴化锂吸收式制冷机优化设计

　　0 引 言

　　优化设计(optimal design)是近年来发展起来的一门新的学科.从20世纪60年代初期开始,优化设计和计算技术在设计领域中就开始受到重视.优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,使得在解决复杂设计问题时,能从众多的设计方案中寻找到尽可能完善的或最适宜的设计方案,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量[1].

　　在溴化锂吸收式制冷机设计中,传统的计算方法采用大量的查表、作图、经验公式和试算法,设计计算繁琐,工作量大.并且设计过程涉及若干温差、放气范围等参数的选取,每一项参数的选取受设计者和客观条件的限制,每变动一项参数都要重复这些复杂的设计计算,给设计者带来极大的不便.而机组的性能好坏还直接取决于各参数之间是否匹配合理,因此溴化锂吸收式制冷机系统分析和设计方法研究受到广泛关注[2~5]。

　　传统的设计计算方法繁琐,且误差较大,无法实现对机组设计的整体优化.因此本文将优化设计思想引入溴化锂吸收式制冷机的设计,在保证制冷量的前提下,通过对溴化锂吸收式制冷机的主要运行经济参数和制造成本参数进行分析,以相关运行参数合理为约束条件,提出机组设计优化数学模型,并采用合理的数学方法进行求解,以期改善溴化锂吸收式制冷机的综合性能,并借助计算机强大的数据处理能力提高设计质量和设计效率.

　　1 溴化锂吸收式制冷机的优化设计数学模型

　　在溴化锂吸收式制冷机设计过程中,常常需要根据产品设计的要求,合理确定各种参数,以期达到最佳的设计目标.这就是说,一项工程设计总是要求在一定的技术和物质条件下,取得一个技术经济指标为最佳的设计方案.

　　优化设计的数学模型一般由设计变量、目标函数和约束条件组成.本文提出一个多元设计变量多约束的单目标函数的溴化锂吸收式制冷机优化设计数学模型,该模型综合考虑了技术性能指标和经济性能指标对溴化锂吸收式制冷机的影响.

　　1.1 目标函数

　　设定F为溴化锂吸收式制冷机的优化设计目标函数,其定义式如下:

　　式中:EF为各换热设备传热面积和(制冷机组的经济性指标),m2;COP为性能系数(制冷机组的技术性指标),COP = Q0/Qg,Q0为机组制冷量,kW,Qg为发生器热负荷,kW.

　　EF越小,意味着在制冷量不变的情况下,机组消耗的材料越少,机组的成本越低,经济性能越好.而COP越大,意味着在相同的制冷量下,机组消耗的能量越少,机组的技术性能也就越好.这样建立目标函数的原因是单纯追求小的传热面积会使性能系数降低,而单纯追求大的性能系数又会使传热面积增大,因此需综合考虑两因素,求F的最小值,即为性能系数较大、传热面积和较小情况下的最优值.