《动量传递的优化》PPT课件

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1、第四章动量传递的优化前言泵与风机的优化供水管网系统优化设计的数学方法气体输送网络的最优设计前言泵和风机：耗能最多的通用机器实际运行效率低输送管路：设计精度不高，能耗大泵与风机的优化泵和风机在各行各业的能耗比例离心泵的设计优化风机的设计优化泵与风机的运行优化泵与风机的变频调速离心泵的设计优化能量损失机械损失（部件之间的摩擦）容积损失（部件之间的间隙）水力损失（液体和部件的摩擦）离心泵的设计优化设计的注意事项液体的流速要合理，变化要平缓；避免死水区；合理选择出入口角度，减少冲击损失；避免出现尖角、突然转弯或扩散；流道表面应尽量光滑离心泵的设计优化设计方法加大

2、流量法（低比转速泵）速度系数法（中高比转速泵）离心泵的设计优化加大流量法的前提流量一定：泵效率比转数比转速一定：泵效率流量低比转速，小流量：泵效率比转速&流量离心泵的设计优化基本原理用放大了的流量和比转数来设计泵，使泵的效率有较大幅度的提高，并且在设计点的效率高于用普通方法设计的泵效率离心泵的设计优化离心泵的设计优化适用于低比转速泵造成冲击损失，相对于泵性能的提升可忽略流量和比转速的放大系数依赖经验，无理论依据，不一定合理离心泵的设计优化速度系数法理论基础：泵的相似理论适用于中高比转速泵风机的设计优化主要内容：叶片型式叶片安装角叶片数量（经验）叶片进出口

3、宽度叶片进出口直径泵与风机的运行优化泵的运行优化工艺合理且先进；管网布置与泵选型合理（多泵分区工作）；短流程少管件管径合理管路内壁光滑无底阀进料管线布置合理设备阻力小准格尔矿区黑岱沟露天煤矿厂配水系统气阻风机的运行优化优化选型和变型设计合理布置管网变速调节供水管网系统优化设计的数学方法现有管路设计质量低节能潜力巨大利用计算机可以提高复杂管路的设计质量供水管网系统优化设计的数学方法供水管道的变量关系过程变量：管径d，流速u，压降Δp，摩擦系数f这几个变量并非独立变量，相互之间存在约束条件令d为独立变量总费用投资成本操作费用n：费用关联式的指数（1.3）C0

4、，C1：费用的系数C1包括每单位长度管路的投资成本，C0对应于压降引起的能耗总费用可表示为若以管径d为独立变量，流速u，压降Δp，摩擦系数f通过估算得到，则根据极值的一阶必要条件，有整理得最优管径m、ρ影响大，费用因子影响较小，黏度影响不大某厂供水系统如下图所示。图中用户指用水的设备和装置,这里是三个用户，其用水量分别为V1=25m3/h，V2=18m3/h，V3=18m3/h。该系统管路共分3段，各段管长，用户或节点到上游节点的管路总长,包括各种局部阻力的当量长度分别为L1=30m，L2=30m，L3=30m，LJ1=100m，LJ2=20m。各段管路

5、管径不同时，整个系统的设备费（管路费用）和操作费（主要为电费）不同，优化设计就是确定使设备费和操作费总和最小的各段管径。25m3/h,30m18m3/h,30m18m3/h,30m61m3/h,100m36m3/h,20m压降方程其中代入压降方程，得节点J1和J2处压力操作费用h：年开工小时数，8000hNe：有效功率，WC：电价，0.3元/kWhΔZ：用户与总水站之间的垂直距离，在这里为零η：水泵效率，取平均值70%V0：总流量，61m3/h只考虑自由节点设备投资每米管材价格考虑管件、阀门及安装、维修等，每米管路的总费用a：折旧分数，为折旧年限的倒数，

6、通常为1/7~1/10，本例取1/8b：安装、维修折旧倍数，0.1F：管件、阀门等的折价倍数，一般取值1.4~6.75，本例取4管路总费用（设备投资）总费用约束方程机械能平衡（支管1和J1、支管2和3）整理，得构造拉格朗日函数由一阶必要条件得d1=0.0660m，d2=0.0654m，d3=0.0654m，dJ1=0.118m，dJ2=0.084m气体输送网络的最优设计（1）压缩机泵站的最大数目；（2）压缩机泵站的最优位置；（3）压缩机泵站的建造日期；（4）扩建压缩机泵站的最优解决方案；（5）每个网络中主管路的最优直径；（6）主管路最小厚度；（7）平行管

7、路的最优直径、厚度和长度；（8）建造平行管路的时间选择；（9）气体操作压力简化后的问题：（1）压缩机泵站的数目；（2）压缩机泵站之间管路的长度；（3）管路的直径；（4）每个压缩机泵站的气体吸入压力和排出压力设计目标：使每年的总操作费用最少，总操作费用包括投资成本、操作费用和维修费用两类问题A、B：B中对零功率有固定投资成本问题求解更加困难输送线路问题：（1）管路结构（2）变量（3）目标函数和费用（4）不等式约束（5）等式约束（1）管路结构进口压力变量数n-1（初始压力已知）出口压力变量数n管长和直径变量数n+1（2）变量流量Q；入口压力pd；出口压力ps

8、；管径D；管路长度L质量流量恒定，假设每台压缩机消耗输送气体的0.5%（3）目标