摘要：本文从船舶蒸汽动力装置和海洋热能转换装置两个方面介绍了船海用蒸汽动力装置构形优化理论研究进展.首先回顾了包括蒸发器、过热器、经济器、锅炉整体和冷凝器在内的船舶蒸汽动力装置主要换热部件模型和包括蒸发器、冷凝器、双压透平和整体系统在内的海洋热能转换装置主要换热和能量转换部件和系统模型,然后介绍了基于熵产生最小化理论、有限时间热力学理论、理论和构形理论等现代热学理论的两种装置主要部件的构形优化和海洋热能转换系统的构形热力学优化工作,重点比较了优化前后、不同优化目标和不同系统结构下优化结果的异同.最后,对构形热力学优化应用于一般动力系统能量传递和转换过程优化设计和节能降耗的理论研究做出了展望.

摘要：建立了一类在均匀产热的圆柱发热体中嵌入圆截面等温液冷通道的热源-热沉集成模型,基于构形理论,给定圆柱发热体截面积和通道截面积占比为约束条件,以液冷通道数及其半径为设计变量,研究了液冷通道分布对集成模型散热能力的影响,获得了不同液冷通道截面积占比下的最优构形。当通道截面积占比和通道数给定时,均存在最优的圆心距使得热源-热沉整体的散热性能最优,但对应两个指标的最优圆心距不同。给定通道截面积占比时,无量纲最高温度和无量纲当量热阻均随通道数的增加而降低;给定通道数时,无量纲最高温度和无量纲当量热阻均随通道截面积占比的增加而降低。本文所得研究结果可对圆柱器件高效冷却的热设计提供理论指导。

摘要：基于(火积)理论和构形理论,在三个主要换热部件(蒸发器、过热器和经济器)总换热面积一定的约束条件下,以第Ⅲ对流蒸发管束外径、过热器管外径和经济器管外径为优化变量,对船用锅炉进行性能优化,得到整体锅炉的最优性能和最优构形.首先,以(火积)耗散率和耗功率线性加权组成的复合函数为目标进行优化,并分析保热系数、加权系数和换热率等初始设计参数对整体锅炉构形优化结果的影响.结果表明:第Ⅲ对流蒸发管束无量纲管外径、过热器无量纲管外径和经济器无量纲管外径分别存在最佳值1.2, 1.3和1.1,使得复合函数取得三次最小值0.737.相比于初始设计点,优化后整体锅炉的复合函数最高降低26.3%,锅炉综合性能得到显著提升.其次,采用NSGA-Ⅱ算法对整体锅炉进行两目标优化得到相应的Pareto前沿和锅炉最优构形,为整体锅炉的性能优化和结构设计提供一个更为广泛的选择空间.本文研究结果可为各种锅炉的性能优化设计提供理论指导.

摘要：基于绝热过程火积耗散极值原理,分别在对流传热和复合传热(对流和辐射传热)边界条件下,对轧钢加热炉壁变截面绝热层进行构形优化,得到火积耗散率最小的绝热层最优构形.结果表明:与等截面绝热层相比,火积耗散率最小的变截面绝热层整体绝热性能更优.热损失率最小和火积耗散率最小的绝热层最优构形是不同的.热损失率最小的绝热层最优构形使得其能量损失减小,而火积耗散率最小的绝热层最优构形使得其整体绝热性能提高.火积耗散率最小和最大温度梯度最小的变截面绝热层最优构形差别较小,此时火积耗散率最小的绝热层最优构形在提高绝热层整体绝热性能的同时也提高了其热安全性.基于火积理论的绝热层构形优化为绝热系统的优化设计提供了新的指导.

摘要：建立考虑传热耗散率和总泵功率的线性加权复合函数,在总冷凝率和总传热面积一定的条件下以复合函数最小为目标,对有机工质的管壳式冷凝器进行构形优化,得到最小复合函数和冷凝管最佳外径。结果表明:冷凝器最优构形与初始设计结构相比,总耗散率提高了10.70%,而总泵功率和复合函数分别降低了54.94%和6.46%。这说明复合函数牺牲了一定的传热性能,使得冷凝器流动性能显著提高,最终使得其综合性能得到提高。选择合适的冷凝管数目可实现复合函数二次最小化。将理论应用到有机工质管壳式冷凝器的构形优化中,为其结构优化设计提供了新的指导,这一方法可进一步推广到有机工质循环系统的优化设计中。

摘要：基于构形理论和[火积]理论,以传热[火积]耗散率和总泵功率组成的复合函数为优化目标,在总换热率和总传热面积一定的条件下,对管壳式换热器有机工质蒸发过程进行构形优化,得到最小复合函数和最佳换热管外径.结果表明:管壳式换热器最优构形与初始设计结构相比,传热[火积]耗散率和复合函数分别降低9.54%和1.56%,总泵功率增加22.40%.这说明换热器综合性能的提高是通过较大程度地降低流体流动性能和显著减小传热不可逆性来实现的.增大总换热面积和工质质量流率、减小工质进口温度以及选择合适的总换热管数和热水质量流率均有助于进一步提高换热器的综合性能.[火积]耗散率和泵功率复合函数最小的换热器最优构形与换热率和泵功率复合函数最小的最优构形是完全不同的.将[火积]理论应用到有机工质管壳式换热器的构形优化中,为其结构优化设计提供了新的指导.

摘要：基于构形理论和■理论,对"+"形高导热通道的方形构造体开展导热实验研究,并对不同优化目标和不同高导热通道布置形式下的构造体导热性能进行比较.结果表明:对于"+"形高导热通道的方形构造体,实验和数值计算所得到的构造体最高温度点均位于"+"形高导热通道两分支之间,实验和数值计算所得到的构造体平均温差和■耗散率的误差均在可接受范围内,这从定性和定量的角度证明了导热构形优化结果的正确性.与"H"形高导热通道的方形构造体相比,构造体内高导热通道采用一级"+"形布置使得其导热■耗散率得到降低.■耗散率最小的一级"+"形高导热通道构造体最优构形与最大温差最小的构造体最优构形相比,前者的导热■耗散率降低了5.98%,但最大温差提高了3.57%.最大温差最小目标有助于提高构造体的热安全性,■耗散率最小目标有助于提高构造体的整体导热性能.在保证热安全性能的前提下,实际微电子器件设计中可采用■耗散率最小的构造体最优构形以提高其整体导热性能.

摘要：基于构形理论和理论,以当量热阻为目标对层流冷却条件下的圆柱体热源进行构形研究,分析热源直径和导热系数对其传热性能的影响.结果表明:在热源体积一定的条件下,不存在最佳热源直径使得其当量热阻取得最小值.随着热源直径的减小、导热系数的增大,热源当量热阻减小,此时热源系统的整体传热性能得到提高.此外,圆柱体热源表面温度沿来流方向逐渐增大,且其表面换热系数沿来流方向逐渐减小.本文所得结果对热源的优化设计有一定的参考价值.

摘要：提出一种以异形凸曲前刀面代替传统锥面前刀面的硬质合金插齿刀新构形方法。运用微分几何包络理论建立了新构形插齿刀凸曲前刀面、侧刃空间曲线数学模型,对插齿刀齿形误差、侧刃前角分布进行分析,并提出新构形插齿刀齿形角修正方法。根据新构形理论设计、制造出具有高齿形精度、抗崩刃的新构形硬质合金插齿刀。

摘要：与换热器热有效性定义类比,定义换热器的(火积)耗散有效性为无量纲(火积)耗散率与无量纲总泵功率之比.以(火积)耗散有效性最大为优化目标,分别在换热器管道总体积和总表面积一定的约束条件下,对H形多尺度换热器进行构形优化,得到(火积)耗散有效性最大时的H形多尺度换热器最优构形.结果表明在换热器管道总体积一定的条件下,对于一级T形换热器,当冷、热流体质量流率较小时,热有效性和(火积)耗散有效性最大的一级T形换热器最优构形是明显不同的.对于H形多尺度换热器,给定换热器级数时,(火积)耗散有效性随质量流率的增大而减小;给定无量纲质量流率M(M<32.9)时,(火积)耗散有效性随换热器级数的增加而减小.H形多尺度换热器与H形单尺度换热器相比,多尺度换热器性能得到显著提高.此外,本文还对换热器管道表面积约束的情形进行了讨论.本文优化结果使得换热器的传热和流动性能得到很好的兼顾,可为换热器的优化设计提供参考,有助于丰富(火积)理论内涵.