基于(火积)耗散极值原理的轧钢加热炉壁绝热构形优化

Abstract

与导热过程类比, 对绝热过程(火积)耗散极值原理表述为: 对于具有一定的约束条件并给定热流(热损失)边界条件时, 当(火积)耗散最大时, 则绝热过程最优(平均温差最大); 在给定温度边界条件时, (火积)耗散最小, 则绝热过程最优(平均热损失率最小). 并基于构形理论, 以(火积)耗散率最小为优化目标, 在给定绝热温度边界条件下, 对轧钢加热炉炉壁单层平板和圆柱体绝热层、多层平板绝热层分别进行构形优化, 得到三种绝热结构的变厚度绝热层最优构形. 结果表明: 与等厚度绝热层和热损失率最小的绝热层最优构形相比, (火积)耗散率最小的绝热层最优构形与两者的构形是明显不同的; (火积)耗散率最小的绝热层最优构形能有效降低其平均热损失率, 有利于提高其整体绝热性能. 将(火积)耗散率极值原理应用到绝热系统的构形优化, 有利于拓展(火积)耗散率极值原理的应用范围.