热能系统分析与最优综合

1、热能系统分析与最优综合教师：尹洪超 第一章 热能系统工程与计算技术概论 第一节 热能系统与热能系统工程 的基本概念一.热能系统的基本概念及特点1.热能工程：主要任务是研究如何合理有效地利用热能, 包括热能的产生、转换、输送、使用和回收等几个环节。2.热能系统：由指由若干个相互作用和相互依赖的热能单元（热工设备或热力过程）按一定规律组合而成，并具有特定功能的有机整体。公用工程系统 热能系统的几个特征：集合性：热能系统是由许多单元按照一定方式组合而成的。关联性：热能系统的各个组成部分之间是相互联系和相互制约的。目的性：热能系统总是具有其特定的功能。环境适应性：热能系统总是存在并活动于一个特定的环境

2、之中，与环境不断的进行物质与能量的交换。层次性：系统和单元之间具有相对性，一般说来，一个系统是另一个大系统的子系统，同时又是更小的子系统所构成。 洋葱模型工艺过程，换热网络，公用工程 子系统洋葱模型如左图： 另一种模型如右图： 结构特点：a.单元过程特点：对于热能系统，在设备空间中所发生的基本过程有物质的传递、热量的传递、动量的传递、能量的转换及燃烧反应等现象。 b.再循环结构特点：如果系统中没有物流或能流的反馈，此结构系统称为“树”；反之，称为“再循环”结构。在热能系统中，随着能源有效合理地利用受到重视，再循环结构应用也非常普遍。1.过程工业：是指以处理物料流和能量流为主要的热加工过程较突出

3、的行业。如化工、冶金、炼油、石化、造纸、水泥、食品、轻工、纺织、建材、电力。我国过程工业能耗占全国能耗的50以上，另一方面，能源利用率与国外相比偏低，潜力巨大。二.热能系统工程的基本概念2.过程系统工程：在系统工程、动力工程、化学工程、过程控制、计算数学、信息技术、计算机技术等学科的边缘上产生的一门综合性学科。研究对象：物料能量信息流的过程系统。核心功能：过程系统的组织、计划、协调、控制和管理。目的：在总体上达到技术上和经济上的最优化。内容：包括过程模拟、过程分析、过程综合、过程预测、 过程评价、可靠性分析等。3.热能系统工程： 把系统工程与热能工程结合起来就形成了热能系统工程，也就是利用系统

4、工程的原理和方法来解决热能工程的实际问题。4. 过程系统能量综合/能量集成 系统能量有效利用与综合利用 最优化热能系统的工程决策方法 主要研究热能系统分析与综合第二节 热能系统分析与综合的主要内容和步骤一.热能系统分析与综合的主要内容系统分析2. 系统综合（系统合成）3.系统的最优化1. 系统分析：即研究反映各个子系统或单元特性的数学模型，并由系统的结构特点和给定的输入条件和约束，推测系统的特性或系统所能提供的结果。2. 系统综合（系统合成）：按照预定的系统特性，寻求为实现该特性所需要的系统结构及各子系统或单元的性能，并使系统最优化。或者说，系统综合就是选择已知的各种单元构成一个整体系统，是由

5、给定的输入条件达到最优的输出结果。3.系统的最优化：包括系统设计参数的最优化和系统的最优控制。 此外，还需要对系统进行“柔性分析”，考察系统对外界的适应能力。还有为改善系统柔性的所谓最优柔性系统综合。二.热能系统分析与综合的步骤1.确定系统的目的要求2.系统分析3.系统综合4.系统的最优化5.评价与决策系统的边界条件目的、功能和要求状态变量和决策变量系统性能的评价指标分解系统 建立数学模型编程进行数学模拟3.系统综合1）根据系统的目的、特性要求和外部环境，进行热能系统的规划，选择各子系统或单元，并将它们组合成各种可能的系统方案。2）将系统的功能划分到各个子系统，从而将问题转变为各个子系统的综合问题。3）对系统可能的方案进行结构优化设计，确定系统的最优结构。4.系统的最优化 对于稳态热能系统的最优化设计问题，其求解步骤：1）确定热能系统方案，即确定所研究的最优化问题的范围，明确系统的功能和目标。2）建立反映这一系统实际过程的数学模型。3）应用相应的数学规划方法，通过计算机来实现对这个系统方案的决策参数的最优化。 5.评价与决策 在明确各个可能方案的性能后，可以根据评价准则对每种方案进行综合评价，选出最优的方案。大多