蚁群算法在换热网络优化中的应用

提出将蚁群算法应用于换热网络优化中,按照相等的能量份额将各股热流体分解成能量集合,热流体能量通过换热器在与冷流体换热的过程中得到分配,换热器单元面积得到相应地调整．能量分配过程中换热网络得到优化,从而使年综合费用减少的换热器面积不断积累,最终形成了一个最优的换热网络结构．通过具体算例验证了该方法的可行性和有效性,最终优化的结果证明该方法具有较强的全局搜索能力,能够应用于复杂换热网络的优化问题中．     

半圆柱板翅片散热器传热特性的数值模拟

在板式翅片散热器的基础上,通过增加不同数量和半径的半圆柱肋片,构造了6种不同结构的半圆柱板翅片散热器(HPPFHS),并通过数值模拟的方法对这两种散热器的流动和传热特性进行了研究。结果表明,随着入口风速的增加,两种散热器的热阻减小的同时压降随之增大,但其热阻减小的趋势变小。入口风速相同时,相比板式翅片散热器,流经半圆柱板翅片散热器的空气受到半圆柱肋片的影响产生涡流,因而减少了热阻,同时增加了压降,但其综合性能远好于板式翅片散热器。     

基于一阶滞后传递函数的换热器模型预测控制

针对换热器本身具有较强的纯滞性、约束性等特性,提出将模型预测控制应用于换热器控制中。首先将换热器近似处理为一阶惯性环节,推导出其传递函数作为预测模型;而后以输出误差与控制量加权之和的二次型性能指标为目标函数对其进行滚动优化,使全过程达到最优;最后,通过反馈校正构成系统的闭环优化,提高控制的鲁棒性。通过仿真实例证明:模型预测控制能够较好地处理换热器控制上的纯滞后等问题,具有较好的鲁棒性。     

基于新策略粒子群算法优化换热网络

换热网络综合优化是过程系统中最广泛研究的方向。尽管如此,MINLP的复杂性给粒子群算法的应用提供了广泛的空间。首先,提出两种不同机理的局部搜索策略来完善粒子群算法作为启发式算法局部搜索能力不强和精度不高的问题,使算法能更有利地接近全局最优的局部极值。其次,对含固定投资费用的算例,采用费用计算替换公式的策略,来避免迭代计算初期面积较小时因为固定投资费用权重较大而使算法陷入局部最优问题。最后用4个四股流算例分别从不同侧面说明以上两种策略的有效性,并都得到了该算例目前为止最好的局部极值。     

采用结构融合策略优化换热网络

利用强制进化随机游走算法优化换热网络至后期时,个体网络结构基本定型,很难再被破坏或改变,潜在进化能力难以发挥作用,无法求解出更优结构。基于此,探究个体进化过程中的结构变化特性,分析后期结构优化的重心所在,提出结构融合策略,将两个个体结构融合到一起,形成新个体,放大原个体结构进化潜力。对新个体进行优化,其结构中所有换热单元互相竞争,引导结构进化潜力发挥作用,保留有益于结构进化的换热单元,淘汰阻碍结构进化的换热单元,生成部分新换热单元,促进个体进化形成更优换热网络结构。最后应用两个算例验证该策略的有效性,取得了可观的优化效果。     

PTA装置醋酸脱水塔的动态模拟及控制策略分析

以PTA装置醋酸脱水塔为研究对象,在该醋酸脱水塔的稳态模型的基础上,通过建立的平衡级动态数学模型以及补充设置好的动态参数,利用Aspen Plus软件建立好动态模型。以Aspen Dynamics软件为工具,用回流流量控制灵敏板温度,塔釜再沸器热负荷与进料流量F1呈比例控制,模拟设计出了控制策略CS1。又为了保证在进料流量扰动时塔底醋酸浓度更加稳定,利用塔釜再沸器热负荷来控制塔釜醋酸浓度,设计出了控制策略CS2。将两种不同的控制策略对其动态响应进行分析比较,得出在相同目标条件下表现更优的控制策略,为实际生产和控制方案的设计提供方向和指导。     

特殊换热网络算例优化与分析

换热网络综合属于混合整数非线性规划问题,具有严重的非凸、非线性特性。为探讨某些换热网络算例可能存在内部公用工程且年综合费用极低的特殊换热网络结构,本文采用了允许公用工程内置的无分流分级超结构模型。基于布谷鸟搜索算法,通过设置最小换热量阀值及以较小概率接受较差结构来指导换热网络结构进化,建立适用于求解换热网络综合问题的优化算法,并对特殊算例的优化结果进行分析。本文列举3个特殊算例,具有热流体的初始温度高于热公用工程的入口温度或热公用工程的进出口温差较大的特征,改进的布谷鸟搜索算法能够搜索到带有内部公用工程的换热网络结构,且年综合费用得到明显下降。结果表明：对于特殊算例,公用工程内置能够优化换热网络的热量分布,节约换热器面积,有效降低换热网络的年综合费用。     

带惩罚的逆梯度进化算法应用于换热网络

针对局部邻域搜索方法搜索结果对初始解位置依赖大,难以摆脱局部最优解影响的问题,本文提出了一种带惩罚的逆梯度进化算法。该算法通过给当前位置适应度施加一个仅与在该点处停留时间正相关的惩罚以迫使该个体沿逆梯度方向移动,进而逃离当前局部极值点。同时为了防止出现“回跳”现象,引入禁忌邻域,禁止当前个体重回原先位置。相对于一般启发式算法跳出局部极值点的随机性,该算法通过惩罚实时构造填充函数以逃离当前局部极值点的机制具有一定的确定性因素,提高了算法的搜索效率。将该算法应用于换热网络优化问题上,分别对10SP1和10SP2两个经典算例进行验证,获得了优于已有文献的优化结果,表明该算法具有较强的跳出局部最优解能力。     

基于温差均匀性因子协进化的双层算法同步优化换热网络

针对同时存在整型变量和连续型变量的换热网络综合问题,提出一种双层优化方法。外层以换热网络的温差均匀性因子作为网络结构性能的评价指标,通过蒙特卡洛随机抽样技术产生试探结构,采用整型优化算法逐步进化外层结构;内层以最小年综合费用作为优化指标,采用动态更新子群的改进粒子群算法优化连续变量。优化结果表明,温差均匀性因子可以有效评价换热网络的结构性能,从而指导结构的进化;改进的粒子群算法具有更强的全局搜索能力,相关算例均找到了更优的网络设计,应用于工业生产实际,可以有效节约成本。     

采用局部非热平衡模型对石灰窑温度场的模拟及优化分析

以某300 t/d气烧石灰环形竖窑为研究对象,为获得其最佳运行工况并解决窑中煅烧温度分布不均匀的问题,采用数值模拟方法进行研究。将石灰石视为多孔介质、采用自定义标量方程(UDS)编译局部非热平衡模型、窑体中碳酸钙分解反应以源项的形式通过自定义函数(UDF)添加到整个反应过程中,获得的窑体中排烟和出料的模拟平均温度与实测值误差很小(15%),且石灰石固体和烟气的两相温度三带分布图符合实际煅烧过程的温度分布,验证了模拟计算的合理性;在此基础上,对燃料流量、助燃风流量和冷却风流量3参数进行单参数分别分析和正交试验分析。研究表明:燃料流量和冷却风流量对窑体温度场影响较强,而助燃风流量的影响较弱;石灰窑的最佳运行工况为燃料流量、助燃风流量和冷却风流量分别取0.152 4、0.106 7和0.174 6 kg/s。