自组织能力对多股流换热器运行和控制影响的研宄卢洪波，崔国民。李美玲上海理工大学热工程研宄所，上海200093稳态的自组织能力进行了分析。目标流体出口温度的响应时间和敏感性，在温度控制系统中是很重要的两个参数，因此本文分析了评估上述指标的多股流换热器自组织能力及其对控制和运行的影响。　　1引言闱小的能*投和，好的瞬态过程足换热器重要的指标因此在运行和控制中怎样减少能量投入和利用它的瞬态过程付换热器是个1要的研究课题，客股流换热器和两股流换热器的+同之处在于其内部有多股流体参与热交换，这就导致温度场温差场和热流场的相互作用和影响，产生的场间协同作用对换热器的静态特性和动态过程都将带来影响。在静态方面，当多场作用下的所有温差场都是*均匀时，换热器就在*大效率下工作。因此从场协同理论得到温差场均匀因子可以用于指导多股流换热器的设计和运以达到高性能的山在动基金项目上海市教委青年基金项目，13犯6；国家重点基础研宄发展规划基金项目226301强化传热与节能技术研宄。　　态过程方面，在换热器从个工况过渡到另个工况的过柯中。协关系也将直接影响过渡特性和新稳态的特性，而这过程是换热器内部平衡被打破后，自身恢复和重构过程，即换热器的自组织过程2对于不同的换热器，这样的自组织过程是不同的，它直接反映换热器内部不同场间协同关系的好坏，并1对换热器的变工况运行和过渡控制产生影响4因此，本文从多股流换热器组织能力及其对换热器运行和控制的影响分析入手，研宄多股流换热器自组织能力指导下的运行和控制优化。　　2换热器的自组织能力与运行和控制间的关系从个稳态到另个稳态，换热器中的多股流体要经过个新组织的过程，而这个过祝是在多个温度场温差场协同作用下完成的，者相互影响相互作用温度场变化直接导致流体间温差场的变化，而温差场变化后，流体的热流交换也将发生变化，导致温度场重新配置，如此循环作用，完成了多股流体温度场温差场和热流场的自组织过程，而实现这个过程的能力就定义为自组织能力，该能力将Vi1万是辅助流体的个数2此外，如果考虑辅助流体组合的扰动，那么对于直接影响到换热器的运行和控制。　　从本质上井，换热器的自组织能力体现为内部致的能力。这过程的阻力主要来自于流体间的热阻，而动力来自于流体间的温差。也就是说，对于任意换热器来说，其自组织的性质和方向是确定的，不能通过外部作用来改变。但是，外部作用却可以改变自组织的能力包括速度和幅度等。例如，可以通过合理组织流体结构来达到强化传热的目的；再如，也可以通过增大传热温差或者提高流体速度达到同样的目的。换热器自组织过程的这些特性提供个通过改变辅助流体性质来改善换热效果的新思路，也就是说，应用自组织过程的性质优化换热器的运行和控制以及换热器的设计。　　当用目标流体作参考点时，自组织过程的两个*重要的指标分别是在定辅助流体变化条件下，目标流体变化量的幅度和过渡时间，这也是换热器运行和控制的两个重要影响因素。在换热器的运行和控制的过程中，当辅助流体发生定变化时，目标流体的响应幅度越大，那么换热器的能耗就越小，也就是说可以以小的能耗得到大的响应幅度；另方面，调节时间是评估动态控制品质的指标。因此用目标流体作响应对象和用辅助流体作操纵量，来定义自组织过程的调节幅度么穴出口温度的变化量和调节时间么从个平衡到另个平衡的过渡时间。将得到换热器自组织参数与运行和控制特性之间的关系如果么7小，那么就需更小的能量投入去调节目标流体否则将需更大的能量投入；如果么工小，那么就需更短的过渡时间和更好的控制品质，否则目标流体将产生长时间的温度偏差。这两个参数可以分别用于稳态工况和动态控制过程，但是不能独立充当自组织能力的评价指标。因此，定义自组织能力系数v如下这里具有08的量纲，示为目标流体的温度变化速度。如果自组织能力v较大，过渡时间就短，而且将产生较大的出口温度变化幅度。对于多股流换热器，有时有几种辅助流体去加热或冷却种目标流体这时自组织能力对于不同的辅助流体将有不同的值，由下式给出目标流体将有许多其他的自组织能力达形式它来自于辅助流体的不同组合扰动。所有的自组织能力参数决定新稳态的特性以及在各种扰动下达到新稳态的能力。相反，如果希望改变目标流体的出口状态或想要调节出口到确定的状态，可以通过增加或减少种辅助流体或辅助流体组合的质量流量来实现它。但是以不同的方式调节的代价是不同的，即不同的调节方法将产生不同的能量投入和过渡时间。事实上，可以在多股流换热器中以*小的能量投入或*好的瞬态过程得到*好的调节途径。这就是用自组织能力来进行参数优化的思想。　　3实例及讨论以个股流板翅式换热器为例子，在不同的扰动下应用多股流的自组织能力，尝试优化多股流换热器的运行和控制的方法，并分析自组织的特性。　　股流换热器几何结构1.　　流体人和0分别为辅助流体1和29流体6为目标流体，以逆流方式排列。为了保证精确求解和真正±也揭示多股流板翅式换热器的机制，在考虑翅片旁通效应和排列效应的基础上，建立了下列动态数学模型。　　流体基板和翅片的能量方程分别为在时间和空间上采用中心差分的数值方法，求解以上能量方程得到下列结果，并对其进行讨论。　　3.1在单辅助流体变化量下的自组织能力以目标流体为输出参数或参考狼隹。并分别以单辅助流体为扰动源，我们可以由上述的计算方法得到目标流体的动态过渡过程，分别示于2和3.2和3中，在辅助流体1和2为不同的流量阶跃条件下。对目标流体的动态过渡过程进行比较，对于不同的辅助流体阶跃幅度下，它们的过渡时间厂几乎是相同的，但是对于不同的扰动源，过标流体的动态响应过程阁3在不同流缺阶跃改变辅助流体2，标流体的动态响应过程渡时间是不同的，辅助流体1约为445，而辅助流体2约为34这就足说如果关心换热器的动态过渡特性。那么调节辅助流体2可以获得*好的效果。　　另方面。用不流体做扰动源。，标流体的响应幅度是不同的，如1.1可以看出在15的调节幅度以下，在相同的调节幅度时，调节辅助流体2比调节辅助流体1会产生更大的目标流体出口温度变化量；但当调节幅度超过15以后，调节辅助流体1产生的目标流体出口温度变化却超过调节辅助流体2.因此认为从换热器能量投入的角度讲，如果温度扰动小，调节辅助流体2可以实现较小辅助流体1.　　调节幅度辅助流体1辅助流体2混合的流体调节输出温度，比较值1输出温度，比较值输出温度，比较值基准点2基准点2；基准点2自组织能力的比较可以由4获得，方面，调产生的自组织能力是*大的，也就是具有*好的综节幅度从5到35变，自组织能力呈逐渐变大合运行和控制指标，尽管将产生较大的能量投入。的趋势另方面，不同的扰动形式产生不同的自稂织能力。因为！1有很小的过渡时间，辅助流体2变化转第43员上接第27页4自组织能力的比较3.2庄辅助流休组变化货下的自组织能力多股流换热器个主要特性是目标流体的温度可以通过同时改变多股流体流量来调节。但在组合调节的情况下，怎样确定能耗和过渡时间或自组织能力，这可以如组合调节辅助流体1和2分别半的调节幅度在种调节方法中需要*小的能量投入，自组织能力介于两个单独调节方法之间。因此对于调节和运行的不同需要，可以选择相应合适的调节方式。此外也以通过改变组合的比例来获得组合调详*好的自纟1织能力。=冷却板的纵向间隔mm炉渣层厚度mm响。从中可以看出，随着冷却板纵向间隔距离的增大，冷却板前端温度是逐渐升高的。所以在实际的高炉操作中，在热负荷较大的区域应尽可能的使冷却板呈密集型排列，才能提高高炉冷却板的冷却效率，而在热货荷小的±龙可以，1地加大冷却板之间的距离。，4结论综上所述，本文所建立的高炉冷却板传热过程数学榄型经现场实测验证。明是正确可信的。对给定炉衬材质和冷却板结构的条件下。对冷却板和炉衬进行了仿真计氧结果明通过冷却板的冷却水的流量和冷却板进出口水的温差对冷却板前端温度的影响很小，因此可以通过减少水量达到节约冷却水的目的。　　在高热负荷区域，采用抗震性好的高导热性利十延长冷却设备的寿命在高炉的炉腹和炉腰区域冷却板采用密集型的排列方式，可以达到更好的冷却效果，并能很好⑷本文所做的工作对各种冷却设备的设计和控制具有重要的指导意义。　　1尹国梅。提高宝钢1号高炉清循环冷却水系统浓缩倍数4结论木文分析换热器1身特性对运，和拧制指标础上提出了自组织能力的概念。*后在单个流体或组合流体不同阶跃状态下讨论了自组织能力对运行和控制特性的影响；i国民。1蔡祖恢，场1办1的艺股流换热器换热性能研宄。工程热物理学报，20，23323326.　　2li东辉。名股流换热；蓉的动态模拟切。上海上海理3徐益峰蔡祖恢。平行流多流体板翅式换热器的动态数