热系统分析与优化的热量流法

(火积)是过增元教授提出的热学新概念，阐释了热量传递过程中的不可逆性，并提出了(火积)散及想(火积)散热阻等概念，为传热过程和热系统的分析和优化提供了新的思路。本书基于(火积)理论，提出了同时描述热量输运过程“平衡和不可逆”双重特性的热量流法，构建兼顾部件传递特性和系统拓扑特征的热量流模型，从不可逆的角度阐释热系统中热量输运和转换的整体规律，并将其应用于热系统及综合能源系统的性能优化。内容主要包括(火积)理论介绍、换热器与换热系统的热量流模型、基于热量流法的换热系统优化、换热与流动的协同优化及控制、换热过程与换热系统的整体优化、热力系统及综合能源系统的协调调度优化等。本书从理论和应用两个方面系统阐述了热系统分析和优化的热量流法，可供能源、动力、电力、航天航空、电子等领域的科技人员参考，也可作为高等院校能源与动力工程、暖通空调、电气工程等相关专业本科和研究生的参考教材。

序
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第1章 热系统的传统建模分析和优化方法 1
1.1 换热器的性能分析与设计 1
1.1.1 常物性工况下换热器的性能分析与设计方法 1
1.1.2 变物性工况下换热器的性能分析与设计方法 2
1.2 换热器的性能优化理论与技术 4
1.2.1 强化换热技术 4
1.2.2 对流传热过程的场协同理论 5
1.2.3 换热器性能的评价准则 6
1.2.4 现有换热器性能优化理论和技术的不足 7
1.3 热系统的传统建模、求解和优化方法 8
1.3.1 热系统的传统建模思路 8
1.3.2 热系统数学模型的传统求解方法 10
1.3.3 热系统优化的准则函数法 12
1.3.4 热系统建模和优化的传统能量流法 13
1.4 电-热综合能源系统的整体分析和优化方法 15
1.5 小结 16
第2章 基于(火积)理论的换热系统分析和优化的热量流法 17
2.1 (火积)与(火积)耗散 17
2.2 (火积)耗散热阻 20
2.3 基于(火积)耗散热阻的换热器热量流模型 22
2.4 基于(火积)耗散热阻的典型换热网络的热量流模型 23
2.4.1 流体多回路换热网络的热量流模型 23
2.4.2 单侧流体并联换热网络的热量流模型 25
2.4.3 单侧流体串联换热网络的热量流模型 27
2.5 集中供热系统性能的整体分析与优化 29
2.5.1 集中供热系统的热量流模型 30
2.5.2 集中供热系统中热量输运的约束方程 31
2.5.3 集中供热系统的性能优化与结果分析 34
2.6 基于进口温差的换热器热阻 37
2.6.1 顺/逆流换热器 38
2.6.2 叉流换热器 41
2.6.3 基于进口温差的换热器热阻的通用表达式 43
2.7 基于进口温差的典型换热网络的热量流模型 46
2.7.1 流体多回路换热网络的热量流模型 46
2.7.2 单侧流体并联换热网络的热量流模型 47
2.7.3 单侧流体串联换热网络的热量流模型 47
2.8 双回路热管理系统性能的整体分析与优化 49
2.8.1 双回路热管理系统的物理模型 49
2.8.2 双回路热管理系统的热量流模型及热量整体输运规律 50
2.8.3 双回路热管理系统的整体优化模型 52
2.8.4 优化结果及分析 55
2.9 基于(火积)理论的热量流法的物理意义 61
2.10 小结 63
第3章 变物性工况下换热系统分析和优化的热量流法 64
3.1 变物性工况下换热器的热量流模型 64
3.1.1 顺流换热器 64
3.1.2 逆流换热器 68
3.1.3 叉流换热器 70
3.1.4 变物性工况下热量流模型的求解方法 73
3.2 基于热量流法的超临界CO2换热器的性能分析 75
3.3 超临界CO2闭式换热系统的整体性能分析与优化 81
3.3.1 超临界CO2闭式换热系统的热量流模型 81
3.3.2 超临界CO2闭式换热系统的优化模型 85
3.3.3 优化模型的求解方法 86
3.3.4 CO2充灌量对优化结果的影响分析 88
3.3.5 优充灌量的判断准则 97
3.4 相变换热系统的整体性能分析与优化 99
3.4.1 相变换热器的热量流模型 99
3.4.2 相变换热系统的热量流模型 102
3.4.3 相变换热系统整体性能优化 105
3.5 小结 108
第4章 换热系统中换热与流动特性的整体分析和协同优化 110
4.1 换热系统流动特性的整体分析方法 110
4.2 换热与流动特性的整体运行优化 111
4.2.1 多回路换热系统的整体传热约束 112
4.2.2 传热与流动特性的协同优化 113
4.3 换热系统的特征参数辨识 114
4.3.1 变频泵特性参数的在线辨识 116
4.3.2 管网特性参数的在线辨识 119
4.3.3 换热器热导的在线辨识 122
4.4 换热系统的运行优化及实验验证 124
4.4.1 变频泵运行频率优化 124
4.4.2 阀门开度优化 128
4.4.3 变频泵运行频率和阀门开度的协同优化 130
4.4.4 实验不确定度分析 132
4.5 单侧流体并联换热系统的运行优化 133
4.5.1 泵和管网的特性参数 134
4.5.2 系统整体传热和阻力约束 136
4.5.3 变频泵运行频率优化 137
4.6 小结 139
第5章 换热系统中过程、设备与系统的多尺度协同优化 140
5.1 考虑换热器运行特性变化的换热系统性能整体优化 140
5.1.1 问题描述和物理模型 140
5.1.2 基于热量流法的换热系统传热和流动特性的协同优化 141
5.1.3 换热器传热系数的数值修正方法 143
5.1.4 考虑换热器换热特性数值修正的换热系统整体性能优化 146
5.1.5 优化结果与分析 149
5.2 换热器结构与换热系统性能的协同优化 152
5.2.1 换热器1板间距与换热系统设计和运行参数的协同优化 152
5.2.2 蒸发器横槽管结构与系统运行参数的协同优化 159
5.3 蒸发器换热管内速度场与系统运行参数的协同优化 164
5.3.1 基于(火积)耗散极值原理的对流换热过程优化 164
5.3.2 换热管内速度场与换热系统运行参数的协同优化 169
5.3.3 换热管结构\管内速度场与系统运行参数的协同优化 172
5.4 小结 178
第6章 动态工况下换热系统分析和优化控制的热量流法 179
6.1 换热器的动态热量流模型 179
6.1.1 换热器的瞬态换热过程分析 179
6.1.2 换热器动态热量流模型的验证 184
6.2 典型换热系统的动态热量流模型 185
6.2.1 单侧流体串联换热系统 185
6.2.2 单侧流体并联换热系统 186
6.2.3 多回路换热系统 187
6.3 多回路换热系统的整体分析和优化控制 188
6.3.1 多回路换热系统的物理模型 188
6.3.2 基于节点温度优化的换热系统控制策略 189
6.3.3 多回路换热系统的状态空间 190
6.3.4 多回路换热系统的优化控制仿真与结果分析 197
6.4 动态工况下多回路换热系统的优化控制实验 203
6.5 小结 206
第7章 热力系统中热量输运与转换特性的整体分析和协同优化 207
7.1 回热式气体压缩制冷系统的分析和优化 207
7.1.1 回热式气体压缩制冷系统的热量流模型 208
7.1.2 系统整体优化模型 214
7.1.3 优化结果及讨论 215
7.2 飞行器座舱环控系统的分析和优化 220
7.2.1 两轮升压式高压除水系统的物理和数学模型 220
7.2.2 系统优化及结果分析 226
7.3 余热回收兰金循环的整体建模和优化 230
7.3.1 余热回收兰金循环的物理模型 231
7.3.2 余热回收热功转换系统的模型求解 245
7.3.3 余热回收热功转换系统的性能分析与优化 248
7.4 小结 255
第8章 电-热综合能源系统性能分析与优化的能量流法 256
8.1 吸收式溶液储能系统性能的整体分析和优化 256
8.1.1 吸收式溶液储能系统的物理模型 256
8.1.2 吸收式溶液储能系统的能量流模型 257
8.1.3 吸收式溶液储能系统性能的整体优化 269
8.2 综合能源系统中电能、热能输运的整体分析和协同优化 278
8.2.1 电-热综合能源系统分析的能量流法 278
8.2.2 电-热综合能源系统的能量传输特性 281
8.2.3 电-热综合能源系统的机组特性 283
8.2.4 电-热综合能源系统的弃风消纳性能优化 284
8.2.5 热特性对电-热综合协调调度的影响 289
8.3 储热-储电一体化系统性能的整体分析和优化 298
8.3.1 储热-储电一体化系统的物理模型 298
8.3.2 储热-储电一体化系统的能量流模型 299
8.3.3 储热-储电一体化系统风电消纳性能的整体分析和优化 304
8.4 小结 320
参考文献 322
后记 330