加熱器和冷卻器傳熱溫差的優化

加熱器和冷卻器傳熱溫差的優化

    分彆以冷卻器冷卻水出口溫度和加熱器加熱蒸氣溫度為決策變量，以總費用為目標函數，提出了確定加熱器蒸氣*佳溫度和冷卻器冷卻水*佳出口溫度即*佳傳熱溫差的數學模型，並結合實例說明了計算方法。

    冷卻水是一種廉價的冷卻劑，水蒸氣是一種廉價的載熱體，因而水冷卻器和蒸氣加熱器是化工廠*常用的換熱設備之一。設計水冷卻器時，必須選擇適宜的冷卻水出口溫度即平均傳熱溫差，冷卻水的出口溫度直接關係到冷卻器的大小和冷卻水的消耗量；冷卻水的出日溫度高，可節省冷卻水的消耗量，但要增加冷卻器的冷卻麵積；反之亦然。同樣，設計蒸氣加熱器時，必須選擇適宜的加熱蒸氣溫度即傳熱溫差，加熱蒸氣的溫度直接關係到加熱器的大小和加熱蒸氣的費用；加熱蒸氣的溫度高，可減少加熱器的傳熱麵積，但要增加加熱蒸氣的費用；反之亦然。因此，冷卻水的出口溫度和加熱蒸氣的溫度即冷卻器和加熱器的傳熱溫差必然有個*經濟的數值，在這個條件下操作，冷卻器和加熱器的設備費用和操作費用之和即總費用*小。因此，研究加熱器和冷卻器的優化設計具有一定的意義。
 
優化計算的數學模型

    對於冷卻器和加熱器，優化計算分彆以冷卻水的出口溫度和加熱蒸氣的溫度為決策變量，以冷卻器和加熱器的總費用為目標函數，以冷卻器和加熱器總費用*小為優化目標。

    冷卻水出口溫度為48攝氏度時冷卻器的總費用*小。但考慮到水溫較高時有水垢析出，影響傳熱效果目增加流動阻力，故冷卻水出口溫度不宜過高。
    可以看出影響冷卻器和加熱器總費用的因素有：
    (1)與換熱器的價格有關當換熱器價格較貴時，將使設備費增加；
    (2)與冷卻水和加熱蒸氣的價格有關冷卻水和加熱蒸氣價格增加時，將使操作費增加；
    (3)冷卻器和加熱器總傳熱係數較大時相當於減小了傳熱麵積，將使設備費減少；
    (4)當熱負荷增大時，將使設備費和操作費都增加，即總費用將隨之增加。