автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Оптимальное проектирование абсорбционных тепловых насосов

о

Г пл V •'

2 9 V¿'ь'и '' На правах рукописи

Попов Александр Владимирович

ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ АБСОРБЦИОННЫХ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

05.14.05 - теоретические основы теплотехники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск-1995

Работа выполнена в Институте теплофизики Сибирского отделения Российской Академии наук

Официальные оппоненты: д.т.н. А. Р. Дорохов

к.т.н. A.B. Горин

Ведущая организация: Академия холода

г. Санкт-Петербург

Защита состоится 'у* 996 г. в -// — часов

на заседании диссертационного совета К 002.65.01 по присуждению ученой степени кандидата наук в Институте теплофизики СО РАН по адресу: 630090, Новосибирск-90, проспект ак. Лаврентьева, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теплофизики СО

РАН

Автореферат разослан "Г~"

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Л- л-

. В. Н.Ярыгин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

Абсорбционные термотрансформаторы (АТТ) применяют в энергосберегающих технологиях получения тепла и (или) холода. Основными предпосылками технико-экономической целесообразности их применения являются: снижение расхода первичных энергоресурсов; ущерба окружающей среде, наносимого традиционными источниками тепла; возможность создания замкнутых технологический циклов в различных производствах и т.п.

В то же время действительные процессы в абсорбционных термотрансформаторах протекают при наличии температурных напоров, что приводит к необратимым потерям в теплообменных аппаратах, что, в свою очередь, снижает металлоемкость АТТ, но и одновременно их энергетическую эффективность. Так как затраты на создание и эксплуатацию АТТ являются весьма зачительными, уменьшение теплооб-менной поверхности аппаратов (снижение металлоемкости), повышение технико-экономических показателей и энергетической эффективности АТТ является важной научно-технической проблемой. Ее решение возможно на основе работ, проводимых по следующим направлениям:

а) выбор на основе термодинамического анализа рациональных технологических схем и циклов;

б) интенсификация процессов тепломассопереноса;

в) комплексная оптимизация режимов работы АТТ (решение задачи оптимального проектирования).

В связи с этим представляется необходимым проведение исследований по тематике пункта в) на основании известных результатов исследований по пунктам а) и б): разработка методик создания оптимальных тепловых проектов АТТ, так как от решения этой задачи зависит возможность создания совершенных и экономичных АТТ. Факторами, сдерживающими разработку научных основ оптимального проектирования АТТ, являются: сложность описания физических процессов, происходящих в теплообменных аппаратах; большое количество независимых параметров; недостатки существующих критериальных подходов при оптимальном проектировании.

Цель работы

1. Обоснование выбора целевой функции и вывод критериального выражения выбора теплового проекта АТТ.

2. Разработка математической модели абсорбционного бромистолитиевого термотрансформатора (АТТ) для комплексного исследования влияния процессов, происходящих в основных аппаратах АТТ, на выбранную функцию цели.

3. Формальное представление задачи оптимального проектирования абсорбционных бромистолитиевых термотрансформаторов, определение всех физических и конструкционных ограничений на выбор варианта АТТ.

4. Формализация задачи определения характристик при работе АТТ в нерасчетном режиме и построение алгоритма определения характеристик.

Научная новизна

В работе впервые:

1. Сформулированы основные требования, предъявляемые к целевой функции и введена функция цели, удовлетворяющая всем наперед заданным условиям.

2. Модифицирован алгоритм расчета термодинамического цикла.

3. Показана неоднозначность определения поверхности различных теплообменников при достижении минимума суммарной поверхности теплообмена для любого фиксированного значения теплового коэффициента; выявлено влияние параметров технического задания на область максимальной эффективности.

4. Определено, что от выбора сочетания теплообменников при постоянной суммарной поверхности зависят показатели работы АТТ в нерасчетных режимах.

5. Предложен новый критерий оптимальности-теплового проекта, включающий в себя: условие максимальной экономической эффективности проекта АТТ и требование стабильности показателей работы АТТ (мощностных характеристик) в условиях, отличных от условий технического задания. Введение такого критерия делает задачу определения поверхности различых теплообменных аппаратов при минимуме суммарной поверхности теплообмена однозначно разрешимой.

6. Приведен новый алгоритм построения полных характеристик АТТ, включающий методику определения первого приближения для всех варьируемых параметров.

Так же впервые приведена методика создания оптимального теплового проекта для предложенного критерия оптимальности.

Практическая ценность

1. Результаты оптимизации АТТ дают исходную информацию для разработки конструкторской документации (проекта).

2. Предложенная модель позволяет получить не только явные Функциональные зависимости, но и выявить новые зависимости при проведение ".тимизацион-

ных исследований, которые позволяют проводить анализ работы АТТ более полно.

3. Представленная модель использовалась при проектировании абсорбционных тепловых насосов АБТН-2000П и АБТН-5000П.

Апробация работы

Результаты работы неоднократно докладывались на семинарах лаборатории и отдела "Абсорбционных машин", а также на институтских семинарах.

Результаты оптимизационных исследований использовались при разработке технической документации на проектирование абсорбционных бромистолитиевых тепловых насосов АБТН-2000П (тепловая мощность 2 МВт) и АБТН-5000П (тепловая мощность 5 МВт).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 85 страницах, включая 20 рисунков и 5 таблиц и списока литературы из 71 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Первая глава состоит из введения, в котором содержится обоснование актуальности темы, формулируются основные задачи, решаемые в диссертации и дается краткая аннотация выполненой работы. Анализируются существующие методики оптимального проектирования и построения характеристик АТТ.

Решение задачи получения оптимального теплового проекта по существующим методикам (Карнаух М.С., Псахис Б.И., Минкус Б.А. и др.) сводится к определению независимых параметров (температурных напоров в аппаратах), при которых функция цели в виде приведенных затрат достигает минимума. Такой подход не дает каких-либо данных о закономерностях, существующих при определении оптимального проекта, в том числе и такой важной информации, как поведение целевой функции вблизи точки минимума.

Задача определения показателей работы АТТ (построение характеристик) в условиях, отличающихся от условий технического задания, была рассмотрена в работах Розенфельда Л.М., Черкасского B.C., Карнауха М.С., ТимофеевскогоЛ.С. и

других авторов. Задача сводилась к определению независимых параметров, при которых достигается минимум суммы аболютных значений невязок по всем теплооб-менным аппаратам. Данная задача решалась без взаимосвязи между выбором базового варианта АТТ и показателями работы термотрансформатора в условиях, отличных от базовых.

Вторая глава посвящена обоснованию выбора функции цели, описанию элементов математической модели АТТ и анализу результатов, полученных при проведении оптимизационных исследований.

Результаты расчета цикла, определения энергетических и расходных характеристик и поверхностей теплообмена для всех аппаратов АТТ при заданных параметрах технического задания, термодинамического цикла и теплового расчета аппаратов будут называться тепловым проектом АТТ (в дальнейшем - проектом АТТ).

Оптимальный проект АТТ - проект абсорбционного термотрансформатора, созданный по какому-либо критерию оптимальности. Для создания оптимального проекта АТТ необходимо наличие критерия оптимальности и целевой функции, реализующей выбранный критерий оптимальности.

Решение задачи оптимального проектирования базируется на математической модели абсорбционного бромистолитиевого термотрансформатора, включающей в себя следующие элементы (блоки):

- задаваемых параметров технического задания;

- определения термодинамических и теплофизических свойств воды, водяного пара и водного раствора бромистого лития ;

- расчета термодинамического цикла, включающий в себя блок задаваемых параметров расчета цикла;

- определения энергетических, расходных и температурных по-казателей АТТ для теплоносителей и рабочих тел;

- теплового расчета основных аппаратов АТТ (испарителя, конденсатора, генератора, абсорбера и теплообменника растворов), включающий в себя блок задаваемых параметров теплового расчета аппаратов;

- нахождения экстремумов функции цели.

Необходимым условием построения оптимального теплового проекта является наличие и обоснование выбора функции цели. Целевая функция может иметь влияние на реализацию блоков математической модели, поэтому в представленной

работе прежде всего обсуждается вопрос выбора целевой функции.

Обоснование выбора функции цели

В условиях рыночной экономики главным показателем экономической эффективности АТТ выступает не функция приведенных затрат, а прибыль. При производстве одного вида продукции (тепла) при фиксированном объеме производства задача максимизации прибыли равносильна задаче минимизации полных издержек производства.

При существующей неопределенности цен на материалы, оборудование и энергоносители принятие в качестве функции цели прибыли или издержек производства (как и любого другого стоимостного показателя) по понятным причинам не представляется возможным. В связи с этим возникает задача выбора функции цели, отличной от функции издержек производства.

Сформулированны основные требования, которым должна удовлетворять целевая функция, которые условно разделены на необходимые и дополнительные.

Необходимые условия

1. Объективность (учет всех влияющих параметров; достижение минимума при тех же значениях изменяемых параметров, что и функции приведенных затрат в некоторый момент времени).

2. Безразмерность (или нестоимостная размерность).

3. Однозначность (из значения выбираемой целевой функции однозначно восстанавливается значение функции приведенных затрат, и наоборот).

Дополнительные условия

4. Уменьшение размерности функции (по сравнению с функцией приведенных затрат).

5. Учет инерционности ценообразования (энергоносители - материалы - оборудование).

Показано, что функция цели, удовлетворяющая всем вышеперечисленным условиям, имеет вид:

Sk(W=Afk(n) + 1/(1+ц), (1)

где: А - определяемая'безразмерная констайта;

fk((i)=min(SkiFi) (2)

для любого ц = const, ц принадлежит задаваемому диапазону [цтт, цтах];

Fi - поверхность i-ro теплообменника; H=Qo/Qt - тепловой коэффициент;

Qo- холодопроизводительность ATT, Qr - тепловая нагрузка генератора; ki = {Cmi + с» + си.т.|)/снт'п - относительные коэффициенты удорожания; См1™" - минимальная удельная стоимость материала, применяемого в теплообменниках ATT, См: - удельная стоимость металла i-ro теплообменника, с» - удельная стоимость изготовления, си.т.| - удельная стоимость применения технологии интенсификации теплообмена для ¡-го теплообменника.

В важном мастном случае, когда стоимость металла, применяемого во всех теплообменниках одинакова и не используются (либо удельно равны) технологии интенсификации теплообмена, функция цели имеет вид:

s(n)=Bf(M) + 1/(1+ц), (3)

где:

f(n)=min(£Fi) (4)

для любого ц = const, ц принадлежит задаваемому диапазону [цшш,

Таким образом, задача определения минимума функции (1) разделена на две задачи - определения минимальной суммарной поверхности теплообмена и собственно задачу определения минимума функции цели.

Элементы математической модели абсорбционного термотрансформатора

1. Блок данных технического задания включает в себя следующие фиксирова-ные показатели АТТ: начальную и конечную температуру охлаждаемой воды, начальную и конечную температуру нагреваемой воды, температура греющего пара (воды) в генераторе, теплопроизводительность АТТ.

2. Расчет свойств воды и водяного пара проводился по методикам и зависимостям, предложенным в работах Вукаловича М.П., Риакина С.Л., Александрова A.A.. Результаты расчета свойств воды и водяного пара показали полное соответствие расчетных величин их значениям в Международных скелетных таблицах (1FC-1968)

Расчет термодинамических и теплофизических свойств водного раствора бромистого лития в диапазоне температур 0-130 °С и концентраций 0-70% проводился путем использования двумерной сплайн-интерполяции (кубические сплайны) для таблиц свойств раствора бромистого лития, приведенных в работах Ловера Г.. В диапазоне температур 130-180 °С и концентраций 0-70% свойства определялись по

аппроксимационным зависимостям, предложенным Долотовым А.Г. и Тимофеевским Л.С..

3. Для расчета термодинамического цикла необходимо задать следующие параметры расчета цикла: недонасыщение слабого раствора в абсорбере, недовыпа-ривание крепкого раствора в генераторе, процентное массовое содержание неабсор-бируемых примесей, процентноемассовое содержание неконденсируемых примесей, падение давления между испарителем и абсорбером, падение давления между генератором и конденсатором, тепловой коэффициент, недорекуперация на холодном конце в испарителе, недорекуперация на горячем конце в генераторе, недорекуперация на холодном конце в абсорбере, недорекуперация на горячем конце в конденсаторе.

Последние четыре параметра являются варьируемыми при поиске минимальной суммарной поверхности теплообмена при фиксированном значении теплового коэффициента, поэтому при проведении оптимизации они выделены в отдельную группу - температурных напоров в аппаратах.

Алгоритм расчета цикла при фиксированном тепловом коэффициенте существенно отличается от алгоритмов, приведенных другими авторами.

Алгоритм расчета термодинамического цикла. В конденсаторе: 1к=1«2 + ДЬс,' ¡'з=Гэ(1<); рк=рк(1с);

где ¡з - энтальпия жидкой фазы в конденсаторе.

В генераторе: 14= Ь - ДЬ;

Рк);

¡444(14, 4г).

В испарителе: 1о=1з2 - ДЬ; ро=ро{1о); Г1=Г1(1о);

где ¡"1 - энтальпия равновесного пара в испарителе.

В абсорбере:

10

t2=tw1 + Ata; ^a=4*a(t2, PO);

Í2=¡2(Í2, 40-

Из определенных выше параметров имеем:

В генераторе: ¡з"=Гз(рк, <1>)\

где ¡"з - энтальпия водяного пара над раствором бромистого лития.

Для определения температуры слабого раствора t7 и крепкого раствора te на выходе из теплообменника необходимо определить удельные нагрузки испарителя и генератора:

qo=i"i - ¡'з; qh=(¡"3 +*(а -1)¡8 - а1г); qo/qh=n; ¡"i-i'3=n(i"3+(a-1)¡8-ai2); ie=((i"i - ¡'з)/ц + a¡2 - ¡"з)/(а -1); t8=t8(¡8, fy). В теплообменнике: (а -1)(¡4- ¡8)=a(¡7 - ¡г); ¡7=((a-1)/a)(¡4- ¡a)+ ¡2;

t7=t7(¡7, 5a).

Удельная теплота абсорбции:

Aia6c=Í"l - (Í7-Í2).

Удельные тепловые нагрузки аппаратов: qn=¡"3- ¡'з; qo=¡"i - ¡'з; qh=i"3+ is(a -1) - ab; qa=i"i +¡s(a -1) - aÍ2¡ qt=(a - 1)(Í4-ie)=a(¡7-Í2). При данном алгоритме расчета цикла тепловой коэффициент не зависит от выбора независимых параметров, который, в свою очередь, зависит только от естес-

твенных физических ограничений.

4. На основании результатов расчета термодинамического цикла и параметров технического задания определяются энергетические, расходные' и температурные показатели АТТ для теплоносителей и рабочих тел,

5. Тепловой расчет аппаратов заключается в определении поверхности теплообмена основных аппаратов АТТ: испарителя, конденсатора, генератора, абсорбера, теплообменника растворов.

В качестве теплоносителя внутри трубных пучков испарителя, абсорбера, конденсатора и генератора применяется вода. В области стабилизированного турбулентного течения воды интенсивность теплоотдачи расчитывается по формуле Нуссельта-Краусольда:

Nuw=0.023Re08Pr°4, Свойства воды определяются по средней температуре.

Тепловой расчет испарителя

Рассматривается испаритель оросительного типа с заданной степенью орошения (рециркуляция воды).

Выбор критериальной формулы для расчета коэффициента теплоотдачи от стенки к стекающей пленки в зависимости от режима стекания осуществляется по методике, приведенной Кутателадзе С.С..

Тепловой расчет конденсатора

Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны нагреваемой воды выполняется по формуле Нуссельта-Краусольда по средней температуре. В случае использования труб с внутренней накаткой заданного профиля используется формула, учитывающая геометрию накатки (внутренний диаметр трубки, диаметр кольцевой канавки, диаметр диафрагмы, радиус профиля канавки, шаг накатки), приведенная в работе Кутателадзе С.С.. Зависимости для определения числа Нуссельта в пучке из п горизонтальных труб выбирались исходя из геометрии трубы.

В случае гладких труб использовалась формула, предложеная в работе Chen

М.М.

В случае конденсации на горизонтальной оребренной трубе используется формула, приведенная в работе Beatty К., Katz D.

При расчете конденсации на пучке горизонтальных труб с кольцевыми канавками по заданному профилю использовались работы Гогонина И.И. и Кабова O.A..

Тепловой расчет генератора

При моделировании теплообмена в генераторе рассматривается генератор затопленного типа и процесс кипения водного раствора бромистого лития в большом объеме. В качестве греющих теплоносителей рассматривается вода и водяной пар.

Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны греющей воды выполняется по формуле Нуссельта-Краусольда. В случае использования в качестве греющей среды насыщенного водяного пара, изменяющего агрегатное состояние при движении внутри труб трубного пучка генератора, для определения критерия Нуссельта используются зависимости, приведенные в работах Рассохина Н.Г., Куличенко В.Р..

Сторона раствора

Расчет выполняется по средней температуре водного раствора бромистого лития в генерторе <t>=(t4+ts)/2.

Коэффициент теплоотдачи со стороны водного раствора бромистого лития определялся в соответствии с методикой, предложенной Дороховым А.Р. и Бочаго-вым В.Н..

Тепловой расчет растворного теплообменника

Число Нусельта слабого раствора внутри гладкой трубы определялся по формуле Нуссельта-Крауссольда. При использовании накатанных труб для определения коэффициента интенсификации теплообмена, зависящего от геометрии накатки, использовались данные, приведенные в работах Кутателадзе С.С..

При поперечном обтекании труб крепким раствором число Нуссельта определялось по зависимостям, предложенным в работах Eishtnden М., Saunders O.A., Жукаускасом А. в зависимости от режима течения жидкости и геометрии пучка.

Тепловой расчет абсорбера

Расчет коэффициента теплоотдачи со стороны нагреваемой воды выполняется по формуле Нуссельта-Краусольда по средней температуре.

Тепломассоперенос в абсобере.

Рассматривается пленочная абсорбция водяного пара водным раствором бромистого лития, стекающего по горизонтальным трубам трубного пучка в присутствии неабсорбируемых примесей. За основу расчета процесса абсорбции в аппарате приняты результаты, полученные Накоряковым В. Е. и Григорьевой Н.И.. Математическое моделирование выполнено по методике расчета оросительного абсорбера, предложенной Тимофеевским Л.С..

6. Для отыскания минимума целевой функции вида (1) или (3) необходимо определить минимум суммарной поверхности теплообмена (4) в широком диапазоне

изменений теплового коэффициента. Для решения этой задачи используется метод покоординатного рпуска (МКС), обеспечивающего достаточно быстрый поиск минимума функции четырех переменных ЛЬ (недорекупераций в аппаратах). Диапазон возможных значений теплового коэффициента был принят [0.475, 0.750]. Строится зависимость (4) для значений теплового коэффициента, лежащих в выбранном интервале. При этом заполняется таблица, вид которой приведен ниже: 1 Л ВГ АЛ (ц+1)"1 Бк в 4а 4г а

M(i) f(i) fk(i) BfO Afkf" ((ц + 1)"1)М Sk« s« 4a« 4^1 a«

Такая таблица дает полное представление о процессах, происходящих в основных аппаратах термотрансформатора; влияние теплового коэффициента и этих процессов на экономические показатели АТТ.

При построении функции (2) с отосительными коэффициентами удорожания при любом фиксированном тепловом коэффициенте происходит увеличение поверхности теплообменников, имеющих меньшие веса, поэтому необходимо введение ограничений на минимальные температурные напоры на холодном конце испарителя и горячем конце конденсатора, принимаемые из опыта проектирования таких теплообменников. При минимизации суммарной поверхности теплообмена очевидно достижение значений этих ограничений в оптимальном варианте, поэтому возможно задание этих перепадов температур постоянными (минимально возможными), проводя поиск минимума по двум параметрам - недорекуперациям в абсорбере и генераторе. Такое упрощение поиска минимума допустимо только в случае применения в испарителе и генераторе более дешевых (по сравнению с другими теплообменниками) материалов.

После построения зависимости (2), (4) определяется константа А (В в (3)) и находится минимум функции цели (1) или (3). При изменении материалов теплообменников или технологий интенсификации теплообмена, что влечет за собой изменение ki, переопределяется А и находится минимум целевой функции для измененных условий.

Результаты оптимизационных исследований На рис.1 представлено поведение функции (4) (зависимость минимальной поверхности теплообмена от теплового коэффициента) для абсорбционного термотрансформатора - теплового насоса теплопроизводительностью 2 МВт.

500.00

м Х

а о |1

5 £ 400.00 |§

II

* £

Ж В)

4 о

2 с

300.00

0.40

0.60

Тепловой коэффициент

0.80

Рис. 1

На рис. 2 представлена зависимость функции цели (1) от теплового коэффициента, 0.80-

х §

0.76

2 5

0Л2 < I I I II I II I | I I I I I I I I I |

0.80 0.60 . 0.40

Тепловой коэффициент

Рис. 2

имеющая глобальный минимум в области определения. Из рис. 2 видно, что при увеличении константы А минимум целевой функции смещается в сторону меньших значений теплового коэффициента.

Определено, что поверхности теплообмена испарителя и конденсатора имеют

практически линейную зависимость от теплового коэффициента; для растворного теплообменника эта зависимость имеет тот же характер, что и у функции (4) - выпуклая, монотонно возрастающая функция от теплового коэффициента.

Другой характер имеют зависимости площади теплообмена для абсорбера и генератра тора, представленные на рис. 3. - ярко выраженная немонотонность зависимости поверхности этих аппаратов от теплового коэффициента.

Предполагая, что такое поведение обусловлено неоднозначностью определе-200.00-

о а

ю о о с

100.00-

0.00-

Абсорбер

Генератор

111111111

111111111

0.40

0.60

Тепловой коэффициент

0.80

Рис.3

ния поверхности теплообменников при достижении минимума суммарной поверхности, исследуем поведение функции суммарной поверхности теплообмена при фиксированном значении теплового коэффициента, измененяя недорекуперации в абсорбере и генераторе в широком диапазоне. Результаты представлены на рис.4. Как видно из рис.4, существует целая область значений независимых параметров, в которой достигается минимум суммарной поверхности теплообмена. Тогда очевидно, что решение задачи определения поверхности теплообмена генератора, абсорбера и теплообменника зависит от:

- выбора первого приближения;

- выбора начального шага по переменным;

- выбора е, при котором прекращается итерационный процесс.

При проведении минимизации суммарной поверхности теплообмена можно оказаться в любой точке области, ограниченной изолинией минимальных равных

значений суммарной поверхности. Таким образом, необходимо дополнительное

Рис. 4

условие, при котором задача выбора поверхностей различных теплообменников при минимуме суммарной поверхности однозначно разрешимой.

При минимизации функции (1) или (3) первоначально определяется значение теплового коэфициента, при котором достигается минимум функции цели, а затем определяется область максимальной равной эффективности, для которой верно неравенство: abs(2Fi(Atj)- f)<e, где Atj- температурные напоры в аппаратах.

В третьей главе приведено формальное представление задачи построения характеристик АТТ (определение показателей работы термотрансформатора в условиях, отличных от условий технического задания) и приведен алгоритм построения полных характеристик АТТ. Показано, что задача построения характеристик при

задании температурных параметров технического задания равносильна задаче

Рис.5 ' •

построения характеристик при задании начальных температур и расходов нагреваемой и охлаждаемой воды. Блок-схема алгоритма построения характеристик приведена на рис.5. Используются следующие обозначения и сокращения: ТЗ* - параметры

технического задания, принимаемые на данном шаге определения характеристик как базовые, ТЗ - текущие параметры технического задания, ТТР - тепловой расчет аппаратов, МКС - блок реализации метода координатного спуска, R* - поверхности теплообмена различных теплообменников в базовом варианте, Птр - фиксированное число труб одного хода базового варианта по всем теплообменникам, z* - суммарная невязка абсолютных значений невязок по всем теплообменным аппаратам: ZK=£ki(Fi - F*i), где to - веса теплообменников (отношение максимальной поверхности теплообмена к ¡-той).

Приведена методика задания первого приближения для всех варьируемых параметров, так как от выбора первого приближения зависит время минимизации суммарной невязки.

Приведены результаты определения характеристик для АБТН-2000П.

Показано, что от выбора сочетания поверхностей теплообмена зависит поведение характеристик АБТН (АТТ).

Сформулирован новый критерий оптимальности теплового проекта АТТ, заключающийся в одновременном выполнении условия максимальной экономической эффективности проекта АТТ и условия минимально возможного отклонения теплосГроизводительности от базового значения (холодопроизводительности в случае абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин) при условиях, отличных от условий технического задания:

minJ(Q - Q*)2d£2,

где область интегрирования fl = [T»ixTwi] - наиболее вероятные отклонения параметров начальных температур охлаждаемой и нагреваемой сред при фиксированных расходах (базовый вариант).

При выборе предложенного критерия оптимальности теплового проекта задача определения поверхности различых теплообменников при минимуме суммарной поверхности теплообмена становится однозначно разрешимой.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выведена функция цели, удовлетворяющая наперед заданным условиям.

2. Введены относительные стоимостные коэффициенты, являющиеся более устойчивыми к изменению внешних условий, чем абсолютные.

3. Видоизмененный алгоритм расчета термодинамического цикла позволяет определять узловые точки при фиксированном значени теплового коэффициента. Его вид является наиболее оптимальным для проведения исследований.

4. Определены условия снижения размерности задачи до двух при расчете минимальной поверхности теплообмена с различными материалами теплообменников.

5. Построен алгоритм минимизации целевой функции.

6.Показана неоднозначность решения задачи определения поверхности различных теплообменников при достижении минимума функции цели (минимум достигается при различных сочетаниях теплообменных поверхностей). Определены закономерности для области максимальной равной эффективности (зависимость от теплового коэффициента и конечной температуры нагреваемой воды).

7. Формализована задача построения характеристик АБ ТН при работе в различных условиях, несовпадающих с условими ТЗ.

8. Приведены методики расчета первого приближения при изменении внешних параметров, что существенно сужает диапазон возможных изменений и существенно снижает время минимизации невязки а.

9. Установлена сильная зависимость характеристик от выбора сочетания абсорбера, генератора и теплообменника.

10. Введен новый критерий оптимального проектирования для АТТ, включающий в себя условие наибольшей экономической эффективности для условий технического задания и условие стабильности работы машины для измененных значений внешних параметров, лежащих в области наиболее вероятного диапазона изменений.

11. Определено, что введение дополнительного условия стабильности делает задачу определения поверхностей абсорбера, генератора и теплообменника растворов однозначно разрешимой.

12. Показаны пути создания оптимального проекта АБ ТН по новому критерию оптимальности, что подводит научную базу под дальнейшие инженерно-конструкторские проработки, базирующиеся в данный момент времени только на опыте и интуиции проектировщиков.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: 1. Огуречников Л.А., Петин Ю.М., Попов A.B. Математическое моделирование паро-компрессионных теплонасосных станций в системах тепло-хладоснабжения. Технико-экономические аспекты их применения.

Известия СО РАН, //Сибирский Физико-Технический Журнал// -1993. - N2. - С. 114122

2. Огуречников Л.А., Попов A.B. Обоснование введения нового показателя энергетической эффективности для теплонасосных станций на базе парокомпрессионных тепловых насосов.

/Я^плофиэика и Аэродинамика//. -1994. -Т.1, N 3. - С. 225-233.

3. Огуречников Л.А., Попов A.B. Использование сбросного низкопотенциального тепла вторичных энергоресурсов в парокомпрессионных тепловых насосах систем теплоснабжения.

//Промышленная энергетика//. -1994, N9. - С. 7-10

4. Огуречников Л.А., Попов A.B. Возможность использования каскадного цикла для повышения энергетической эффективности парокомпрессионных теплонасосных установок.

//Теплофизика и Аэродинамика//. -1994. -Т.1, N 4.

5. Попов A.B., Огуречников Л.А. Обоснование выбора функции цели при оптимизации абсорбционных термотрансформаторов.

/Яеплоэнергетика//. -1995

Подписано к печати 28.12.1995 г. Заказ N2503 Формат 60x84/16. Объем 1,0 уч.-изд.л. Тираж 75 экз.

Отпечатано в Институте теплофизики СО РАН 630090, Новосибирск, пр. академика Лаврентьева, 1