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内容简介

　　基于现代传热传质优化理论，《流动和传热传质过程的多目标构形优化》对钢铁、化工、能源、电力、农业和军事等领域广泛涉及的流体流动和传热传质问题开展了多学科、多目标、多尺度构形优化研究。《流动和传热传质过程的多目标构形优化》汇集了作者的多年研究成果，第1章介绍了构形理论的产生、发展，并回顾了与本书相关的构形优化问题的研究现状。第2～11章分别对简单流体流动网络、热水用户网络、肋片、冷却通道、脉管网络、换热器网络、多孔介质传质网络、气固反应器、固体氧化物燃料电池、广义流动、钢铁生产流程和广义传递过程构形优化问题进行了研究，提出了钢铁生产流程广义热力学优化理论，给出了解决不同构形设计问题的统一方法。
　　《流动和传热传质过程的多目标构形优化》对多学科交叉融合、不同优化准则与不同尺度下的流动和传热传质问题进行了构形优化研究，内容丰富、结构严谨、概念新颖、难易适中，可供微电子器件设计、钢铁行业节能设计、换热设备设计等众多工程设计领域的科技人员参考，也可作为高等学校能源动力类相关专业本科生和研究生的教材。

内页插图

目录

前言

第1章 绪论
1．1 引言
1．2 传递过程优化的基本原理
1．2．1 熵产生最小化原理
1．2．2 场协同原理
1．2．3 积耗散极值原理
1．3 构形理论的产生、发展和内涵
1．3．1 构形理论的产生和发展
1．3．2 构形理论与分形理论
1．4 流体流动过程构形优化研究现状
1．4．1 简单流体流动网络构形优化
1．4．2 热水用户网络构形优化
1．4．3 广义流动过程构形优化
1．5 对流换热过程构形优化研究现状
1．5．1 热沉和热源构形优化
1．5．2 冷却通道构形优化
1．5．3 脉管网络构形优化
1．5．4 换热器构形优化
1．6 多孔介质传质过程构形优化研究现状
1．7 传热传质过程构形优化研究现状
1．7．1 气固反应器构形优化
1．7．2 燃料电池构形优化
1．8 钢铁生产流程构形优化研究现状
1．9 本书的主要工作及章 节安排

第2章 简单流体流动网络构形优化
2．1 圆盘内树状流动网络构形优化
2．1．1 管道表面积约束下的对称树状流动网络构形优化
2．1．2 管道表面积约束下的非对称树状流动网络构形优化
2．2 矩形内释放管道夹角约束的线一线流动网络构形优化
2．2．1 管道体积约束下的线一线流动网络构形优化
2．2．2 管道表面积约束下的线一线流动网络构形优化
2．3 本章小结

第3章 热水用户网络构形优化
3．1 H形热水用户网络构形优化
3．1．1 基于压差与温度复合函数最小的热水用户网络构形优化
3．1．2 基于积耗散率最小的热水用户网络构形优化
3．2 X形热水用户网络构形优化
3．2．1 基于总压降最小和用户热水温度最大的热水用户网络构形优化
3．2．2 基于压差与温度复合函数最小的热水用户网络构形优化
3．3 本章小结

第4章 肋片构形优化
4．1 叶形肋片构形优化
4．1．1 基于最大热阻最小的叶形肋片构形优化
4．1．2 基于当量热阻最小的叶形肋片构形优化
4．2 舵形肋片构形优化
4．2．1 基于最大热阻最小的舵形肋片构形优化
4．2．2 基于当量热阻最小的舵形肋片构形优化
4．3 T-Y形肋片当量热阻最小构形优化
4．3．1 T-Y形肋片模型
4．3．2 对流传热边界条件下T-Y形肋片构形优化
4．3．3 复合传热边界条件下T-Y形肋片构形优化
4．4 复杂肋片当量热阻最小构形优化
4．4．1 复杂肋片模型
4．4．2 对流传热边界条件下复杂肋片构形优化
4．4．3 复合传热边界条件下复杂肋片构形优化
4．5 本章小结

第5章 冷却通道构形优化
5．1 燃气涡轮叶片冷却通道构形优化
5．1．1 燃气涡轮叶片冷却模型
5．1．2 基于最大温差最小的涡轮叶片构形优化
5．1．3 基于积耗散率最小的涡轮叶片构形优化
5．2 圆盘产热体冷却通道构形优化
5．2．1 基于最大温差最小的圆盘产热体冷却通道构形优化
5．2．2 基于积耗散率最小的圆盘产热体冷却通道构形优化
5．3 本章小结

第6章 脉管网络构形优化
6．1 矩形内X形脉管网络构形优化
6．1．1 基于熵产率最小的脉管网络构形优化
6．1．2 基于积耗散率最小的脉管网络构形优化
6．2 圆盘内树状脉管网络构形优化
6．2．1 基于炽耗散率最小的对称脉管网络构形优化
6．2．2 基于熵产率最小的非对称脉管网络构形优化
6．2．3 基于煅耗散率最小的非对称脉管网络构形优化
6．3 本章小结

第7章 换热器构形优化
7．1 矩形内H形换热器构形优化
7．1．1 基于热有效性最大的换热器构形优化
7．1．2 基于积耗散有效性最大的换热器构形优化
7．2 矩形内X形换热器构形优化
7．2．1 基于热有效性最大的换热器构形优化
7．2．2 基于积耗散有效性最大的换热器构形优化
7．3 圆盘内树状换热器构形优化
7．3．1 基于热有效性最大的换热器构形优化
7．3．2 基于积耗散有效性最大的换热器构形优化
7．4 本章小结

第8章 多孔介质传质构形优化
8．1 基于三角形单元体的多孔介质“体点”传质构形优化
8．1．1基于最大压差最小的“体点”传质构形优化
8．1．2 基于质量积耗散率最小的“体点”传质构形优化
8．2 基于圆柱形单元体的多孔介质“体点”传质构形优化
8．2．1 基于最大压差最小的“体点”传质构形优化
8．2．2 基于质量积耗散率最小的“体点”传质构形优化
8．3 存在通道间隙的多孔介质“盘点”传质构形优化
8．3．1 上一级构造体最优的“盘点”传质构形优化
8．3．2 释放上一级构造体最优的“盘点”传质构形优化
8．4 本章小结

第9章 气固反应器构形优化
9．1 盘点气固反应器构形优化
9．1．1 熵产率最小的气固反应器构形优化
9．1．2 煅耗散率最小的气固反应器构形优化
9．2 释放上一级构造体最优时的盘点气固反应器构形优化
9．2．1 一级树状圆盘模型
9．2．2 一级树状圆盘构形优化
9．3 本章小结

第10章 管式固体氧化物燃料电池构形优化
10．1 单管式固体氧化物燃料电池构形优化
10．1．1 管式固体氧化物燃料电池模型
10．1．2 基于输出功率最大的管式固体氧化物燃料电池构形优化
10．2 管式燃料电池与燃气轮机混合系统构形优化
10．2．1 管式燃料电池与燃气轮机混合系统模型
10．2．2 基于输出功率最大的管式燃料电池与燃气轮机混合系统构形优化
10．3 本章小结

第11章 广义传递过程构形优化
11．1 圆盘内广义流动过程构形优化
11．1．1 最大流动时间最小的广义流动过程构形优化
11．1．2 平均流动时间最小的广义流动过程构形优化
11．2 板坯连铸过程广义构形优化
11．2．1 板坯连铸过程模型和温度场验证
11．2．2 广义构形优化思想
11．2．3 基于热损失的板坯连铸过程广义构形优化
11．2．4 基于积耗散的板坯连铸过程构形优化
11．3 带钢层流冷却过程广义构形优化
11．3．1 带钢层流冷却过程模型
11．3．2 基于积耗散的带钢层流冷却过程构形优化
11．4 钢铁生产流程广义热力学优化
11．5 广义传递过程的广义构形优化
11．5．1 广义传递过程模型
11．5．2 广义构形优化中的广义势差和广义流量极值原理
11．5．3 广义构形优化中的广义耗散极值原理
11．5．4 广义传递过程广义构形优化的应用
11．6 本章小结

第12章 全书总结
参考文献
附录 主要符号说明

前言/序言

　　能源问题是世界各国普遍关注的焦点问题，高效地利用能源已成为人类可持续发展的必由之路。合理的能源系统结构对能源系统、能源利用率的提高有重要的促进作用，因此，对能源系统结构进行优化已成为能源系统优化设计的重要研究方向之一。熵产生最小化理论、场协同理论、煅理论和构形理论等各种传热传质优化理论为能源系统的结构优化设计提供了重要的理论基础。
　　本书在全面深入地了解熵产生最小化（有限时间热力学）理论、场协同理论、炽理论和构形理论等各种传热传质优化理论的基础上，提出广义构形优化思想，并进一步总结出广义传递过程（传递强化和传递弱化过程）的广义势差和广义流量极值原理及广义耗散极值原理；在全面系统地总结前人现有研究成果的基础上，遵循从单纯的热力学和传热学到多学科交叉融合、从单目标优化到多目标优化的原则，基于广义构形优化思想、广义势差和广义流量极值原理及广义耗散极值原理，对流体流动过程、肋片、脉管网络和换热器对流换热过程、多孔介质传质过程以及气固反应器和固体氧化物燃料电池传热传质过程进行多学科、多目标、多尺度构形优化，得到不同优化目标下各种传递过程最优构形。最后针对各种传递过程建立广义传递过程模型，基于广义构形优化思想给出解决各种传递过程构形问题的统一方法，得到其最优构形，提出钢铁生产流程广义热力学优化理论。本书取得了一些具有重要理论意义和实用价值的研究成果，可为各种传递过程和系统的结构设计及性能优化提供科学依据和理论指导。
　　本书主要由以下五个部分组成。
　　第一部分研究流体流动过程构形优化问题。第2章在管道总表面积一定的条件下，以最大压差最小为目标对圆盘区域内对称树状流动网络，以总泵功率最小为目标对圆盘区域内非对称树状流动网络分别进行构形优化；建立新的流动网络模型——释放管道夹角约束的线一线流动网络模型，分别在管道总体积和表面积约束条件下以最大压差最小为目标对其进行构形优化，并对两种管道约束条件下的流动网络最优构形进行比较。第3章建立同时考虑热水传热和流动性能的两个新目标——压差和温度复合函数目标及炽耗散率目标，并建立新的热水用户网络模型-X形热水用户网络模型；分别以压差和温度复合目标最小及煅耗散率最小为目标，对矩形内H形热水用户网络模型进行构形优化；分别采用以热水用户网络总压降最小和用户温度最大的分步优化方法及以压差和温度复合目标最小的全局优化方法，对矩形内X形热水用户网络进行构形优化，并对两种优化目标下的热水用户网络最优构形进行比较。
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