基于熵分析法和分析法的換熱網絡適應性比較

馮園麗，夏力，項曙光

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馮園麗，夏力，項曙光

（青島科技大學過程系統工程研究所，山東青島 266042）

能源是國民經濟發展和人們生活水平的重要物質基礎，能源的合理開發和有效利用對社會的發展和進步產生很大的影響。國家“十三五”規劃建議提出推進能源革命，加快能源技術創新，建設清潔低碳、安全高效的現代能源體系，提高非化石能源比重，推動煤炭等化石能源清潔高效利用[1]。調整能源結構、提高能源利用率、推廣節能技術已經成為我國優化過程能量系統和發展過程工業的內在需求。

熱量輸運過程的研究是化工過程中能量系統的基礎環節，該過程的優化能夠減少能量消耗，是化工過程系統節能的有效措施。在傳熱過程優化的研究中，PRIGOGINE[2]基于變分法提出最小熵產原理，BEJAN[3]提出的熵產最小原則，即給定換熱速率，溫差最小，熵產最小，可用能損失最小。NEVERS和SEADER[4-5]基于熵平衡方程式，定義損失功和熱力學效率，從而提出了熵分析法。熵分析法在許多領域都有廣泛研究，比如熱力學[6-7]、生物學[8-9]、物理[10-11]、醫學[12]、工程技術[13-14]，甚至哲學[15]、歷史[16-17]和經濟[18-19]等。目前，在化工過程工業的節能方面，熵分析法較多地用于優化換熱器參數，較少用于雙流股換熱網絡[20]，沒有用于多流股換熱網絡中，且熵分析法存在一定的局限性：BEJAN[21]對換熱器優化設計時，發現有效度隨著熵產數增大而增大的“熵產悖論”現象；BERTOLA等[22]證明熵產最小原理優化導熱和流體流動時，不適用于靜止狀態和傅里葉定律；……