换热网络优化中换热单元生成频次的影响分析及策略改进

换热单元的生成频次对换热网络优化有直接的影响，分析其机理可以指导求解算法的改进。本文采用节点非结构模型及强制进化随机游走算法，通过设置不同的换热单元生成概率与生成个数以改变换热单元的生成频次，观察并记录个体在优化过程中产生的年综合费用变化情况。发现不同生成频次下整型变量和连续变量的相对优化频率发生了变化，从而改变了整体优化过程，并且与个体当前优化状态不适应的生成频次会造成相对优化频率不平衡、优化结果较差。基于此，本文提出了一种具有生成参数动态调节策略的换热单元生成方式，在优化过程中根据个体状态实时调整换热单元的生成概率与生成个数，平衡整型变量与连续变量的相对优化频率。最后，采用15SP、10SP和20SP算例进行验证，换热网络的年综合费用较文献结果分别下降了1.06%、0.16%、0.68%，验证了该策略使得换热单元的生成频次更为合理，有效地提高了算法的优化效率。     

RWCE算法中采用单元重构策略激励换热网络结构优化

应用强制进化随机游走算法优化换热网络的过程中,通过监测最优结构中换热单元优化进程,探究总体结构进化特点,发现存在换热单元先入为主的现象,主体结构稳固难以被突破,导致换热网络优化进入“停滞”状态。基于此,提出了换热单元重构策略,该策略旨在增强结构变异能力,经过一定阶段概率性消除结构中既有换热单元,腾出结构进化空间,再依据约束条件重新构建换热单元,既丰富了结构多样性又扩大了搜索域。此外建立优化状态监测指标,维持结构较高的变异活性,增强算法全局寻优能力。最后将该策略加入算法流程优化多个换热网络实例,总结分析其作用机理,所得结果均优于现有文献结果,证实了该策略的有效性。     

微分进化算法应用于换热网络全局最优化

前言换热网络是过程系统中实现能量回收和高效利用的重要环节,其性能直接关系到整个系统的能量利用水平。目前,换热网络优化设计的方法主要分为三类,分别是夹点法[1-2]、数学规划法[3-4]与启发式方法[5-7]。     

热化学硫碘循环制氢系统研究进展

热化学硫碘循环制氢是目前最有前景的制氢方法之一。为了提高产氢效率,众多学者对硫碘循环制氢系统进行了优化。对热化学硫碘循环制氢系统及其各单元研究进展进行了综述,讨论了本生反应中水和碘的用量问题、相分离问题,以及硫酸分解与碘化氢分解反应的反应环境和反应催化等问题,并对目前研究该循环的部分团队的实验结果和流程计算进行了对比。     

混合微分进化算法应用于换热网络优化

针对微分进化(Differential Evolution,DE)算法应用于换热网络优化存在局部搜索能力不足、收敛速度慢和求解精度低等问题,提出一种混合微分进化(Hybrid Differential Evolution,HDE)算法。当DE算法的变异、交叉和选择操作不再使种群的最优值继续进化时,加入梯度操作使当前种群的最优个体趋向更好的解。为了防止算法早熟收敛,当种群的多样性低于设定的阈值时,引入迁移操作,在最优个体附近区域重新生成新的个体并以此替换旧的个体,增强算法的种群多样性。通过算例验证了该算法可以有效适用于换热网络的优化过程,具有更强的局部搜索能力,更快的收敛速度和更高的优化效率。     

隔代强制进化遗传算法在换热网络优化中应用

在对换热网络分级超结构及其数学模型分析的基础上,对网络综合优化问题进行了研究．针对普通遗传算法及其它优化算法无法保证网络优化质量和效率的缺点,对遗传算法进行了改进,提出了换热网络隔代强制进化遗传算法。该方法将换热网络结构信息转化为种群中染色体信息,利用种群的进化实现网络结构的优化,在进化过程中使用隔代强制策略,使种群向更优方向稳步进化,保证各代优化结果的有效性,降低最优群体的生成代数,并利用最优个体保存技术记录优化过程中最佳换热网络结构。采用此方法对具体换热网络实例进行了优化综合,结果表明：隔代强制进化遗传算法能在网络优化过程中避免早熟收敛而陷入局部最小点的现象,使搜索质量和效率得到有效提高。用隔代强制进化遗传算法对有分流和无分流换热网络进行优化综合,均能获得综合性能良好的网络结构。     

考虑蒸汽热力行为的凝汽器喉部流动模拟

应用蒸汽凝结核心形成理论,从描述蒸汽凝结核心形成的微观机理的角度出发,分别对自发凝结核心的分布规律和形成率进行了分析,建立了蒸汽分子凝结的概率模型.在此基础上,应用直接模拟蒙特卡罗方法对汽轮机凝汽器喉部内蒸汽的热力行为进行了模拟计算,研究凝汽器喉部内蒸汽湿度对流动阻力和流动均匀性的影响.计算结果表明:考虑蒸汽热动力行为时,可以降低蒸汽的流动阻力,同时也使喉部内蒸汽的流场分布状况有了一定程度的改善.     

采用个体进化能力实时评价和强制更新策略的换热网络优化方法

针对启发式方法在优化换热网络时出现个体进化停滞的现象,提出了一种采用个体进化能力实时评价和强制更新策略的进化算法。首先,建立个体进化能力评价机制,实时考察每个个体进化过程中的性能变化;其次,当个体进化能力退化时,建立强制更新策略,通过随机抽取当前结构中的换热单元,并给予其换热量以随机扰动,提高个体的结构变异能力,促进其整型变量的全局优化,改变个体原先的优化路径从而寻得更优的结构。将该算法应用于无分流换热网络实例中,取得了优于现有文献的结果,表明了该算法具有较强的全局搜索能力。     

采用换热单元数限制策略的RWCE算法优化换热网络

针对强制进化随机游走算法(RWCE)在优化后期换热单元数和最小年综合费用变化缓慢的问题,提出强制限制换热单元数的方式优化换热网络:首先对换热网络结构中换热单元数下限进行控制,若某种结构的换热单元数小于该下限值,即强制增加换热单元,确保后期仍有较多的换热单元参与进化;为进一步优化换热网络,在维持换热单元数下限的基础上,对换热单元的换热量重新分配,使其在跳出局部极小换热单元数的同时,进一步精细搜索,增强结构进化能力。通过9SP和16SP算例验证,得到相较文献更低的年综合费用,分别为2 926 484和6 830 843$/a,表明引入该策略的RWCE算法,具有更强的全局搜索能力,兼顾了整型变量和连续变量的优化,优化效率和质量得以提高。     

室内空气净化器流动强化及效能提升方法

针对空气净化器采用直通道进风和排风造成除尘效率较低且存在死角的问题,对其出风通道进行了优化设计。首先在空气净化器不同出风角度和不同摆放位置情况下,对室内空气三维流场进行了数值模拟;在此基础上,结合模拟结果并采用控制变量法分析了出风角度和放置位置对空气净化器净化效果的影响;最后,得到了适合不同空间尺度条件下空气净化器最佳的摆放位置和出风角度。