基于公用工程内置策略的换热网络优化

传统换热网络分级超结构模型（SWS）只允许公用工程布置在流股末端,限制了网络结构的灵活发展.提出一种公用工程内置策略,允许公用工程布置在结构内部的各流股分支上.采用具有结构保护策略的强制进化随机游走算法（SP-RWCE）.并提出一种伪最优解生成策略,通过扩大长期未更新个体的年综合费用,促使有潜力的伪最优解产生并接受保护和开发.三个基准算例的优化结果均优于文献最优解,且均包含内部公用工程.表明改进SWS相比原SWS模型扩大了求解空间,改进SP-RWCE具有更强的搜索能力,验证了布置内部公用工程能有效减少换热面积.     

换热网络中温度交叉结构的分析与处理

在以换热量作为待优化连续变量的换热网络优化问题中，流股匹配可能出现温度交叉，常以惩罚函数法处理存在温度交叉的不可行结构.然而，当采用强制进化随机游走算法时，由于其接受差解的变异操作，温度交叉结构可能以差解的形式被接受，对优化进程产生负面影响而降低优化效率.因此，首先分析换热网络中温度交叉结构的成因，接着分析该不可行结构对算法优化进程的消极作用，然后提出一种处理方法，当种群中个体随机游走到不可行域时，强制使其回到可行域内的原位重新优化，从而提升算法优化效率.     

应用于换热网络优化的RWCE算法接受差解策略分析与改进

以一定的概率接受差解是强制进化随机游走算法（RWCE）换热网络结构进化、跳出局部最优的关键.首先分析接受差解策略对算法的优化作用,通过设置不同的接受差解概率,对比RWCE算法优化换热网络的结构进化过程,基于分析结论,提出以换热器数目为导向的接受差解概率控制策略,提升算法的计算效率和结构进化能力.通过算例验证,表明引入该策略的RWCE算法具有更强的全局搜索能力,优化质量得到有效提升.     

一种适用于复杂换热网络优化的耦合联动进化策略

针对启发式算法在优化换热网络后期由于种群多样性消失等原因造成难以找到使年综合费用进一步下降的进化方向，本文提出换热器耦合联动进化策略.该策略在一般启发式算法优化后期通过按一定概率分布抽取部分换热量不为零的换热器参与联动进化，以找到使费用下降的耦合匹配.算例验证表明，该策略效果明显.将该策略与RWCE算法相结合组成一种混合算法.首先采用RWCE算法对求解域进行初步探索，利用该算法强大的全局搜索能力找到求解域内各个潜力结构.然后再用耦合联动进化策略对各潜力结构进行深入搜索，搜索完成后再经变异反馈给RWCE算法.将该混合算法应用于10SP2和15SP算例，得到了较好的优化结果.     

基于小负荷换热单元保护的松弛策略优化换热网络

WCE算法优化换热网络时,固定投资费用的存在易造成小负荷换热单元难以产生和保留,使部分尚未完全进化的结构过早被淘汰。本文建立一种固定投资费用的松弛处理方法,将固定投资费用与换热单元热负荷进行因变处理,根据换热单元热负荷的大小实时调整优化过程中的松弛力度,引导并促进小负荷换热单元的顺利产生和进化,从而增强换热网络的结构进化能力。将松弛策略应用于9SP和15SP算例,验证松弛策略促进结构进化的有效性,提升优化质量,获得的最优结果(2 903 528 ＄ ·a^-1、5 115 061 ＄ ·a^-1)优于文献结果。     

基于改进的SWS模型的换热网络优化研究

换热网络优化属于混合整数非线性规划问题,费用计算呈现的严重非线性以及大量表示换热器有无0-1整型变量的存在都使得问题的求解严重受制于网络的规模。基于分级超结构模型,本文提出允许公用工程灵活布置的换热阿络表示形式,处理流股匹配时单体换热器出现温度交叉的传热计算,扩大了求解域并实现了换热网络模拟的顺序计算。采用微分进化算法,通过设置换热器最小热负荷约束指导换热网络结构进化,建立了适用于换热网络的优化方法。通过具体算例证明基于该改进模型及微分进化算法建立的换热网络优化方法可以求解得较好的换热网络设计。     

应用固定投资费用松弛策略的换热网络优化

启发式算法优化有固定投资费用的换热网络时，由于存在整型变量而造成结构进化困难，提出固定投资费用松弛策略.对固定投资费用进行松弛处理实现对数学模型的简化，当换热器换热量很小时固定投资费用几乎为零，随着换热量的增大，固定投资费用以一定斜率逐步增大最终等于实际值.通过松弛强度系数控制变化斜率，在保证优化结果可靠性的基础上引导存在结构进化障碍的换热器生成或消去.对文献中两个算例的优化结果进行分析，考察不同松弛强度下对换热器生成、消去的作用.提出基于固定投资费用松弛策略的强制进化随机游走算法，并应用于换热网络实例.     

保护有效结构的整型/连续变量分离优化策略改进RWCE算法

强制进化随机游走算法优化换热网络时,连续变量进化阶段产生年综合费用更低的结构会被整型变量进化操作所破坏,导致连续变量进化后形成的结构未能充分发挥优势,制约了连续变量进化。本文提出保护有效结构的整型/连续变量分离优化策略,将连续变量进化与整型变量进化两个阶段的结构费用分别进行判断,从而保护具有发展潜力的结构,使年综合费用进一步降低。通过算例研究,取得优于文献的结果,并有效提升了算法计算精度,验证了策略的有效性。     

采用单元进化限制策略的RWCE算法优化换热网络

针对强制进化随机游走算法（RWCE）优化换热网络时后期进化缓慢的不足,提出一种采用单元进化限制策略的改进RWCE算法（RS-RWCE）优化换热网络.通过限制每次迭代个体中参与进化的换热单元数,在保持进化前期年综合费用收敛速度较快的同时,保证进化后期的精细搜索能力.通过对两个经典算例的比较验证,证明改进后的算法应用于换热网络优化问题时兼顾了整型变量与连续变量的优化,使计算效率和精度均得到提高,同时获得了较好的换热网络优化结果.     

智能调整接受差解几率的RWCE算法

强制进化随机游走算法（RWCE）应用于换热网络优化,具有算法流程简洁、结构进化能力强等特点。其中接受差解几率对个体跳出局部最优有重要的影响。本文统计优化后期连续变量和结构变量使得年综合费用下降的次数,分析二者对优化进程的影响,讨论接受差解几率在个体优化进程中所起的作用,提出一种通过判别差解结构与原结构的异同来智能调整接受差解几率的换热网络优化方法。该策略进一步强化个体的结构进化与跳出局部极值的能力,通过算例证明了策略的有效性。     

RWCE算法中选择性接受差解策略优化换热网络

强制进化随机游走算法优化换热网络时,以一定的概率接受差解可有效促进结构进化,非贪婪性的差解搜索机制是目标函数跳出局部极值的关键。本文分析接受差解机制的作用,探究不同优化阶段的差解结构来源,观察年综合费用变化,发现大多数被接受的差解结构在后续的优化中又回归到原结构,存在较多无效的参数传递过程。我们提出选择性接受差解策略,只接受具有新个体产生的差解,基于指数函数建立接受差解概率递增公式,并对结构中的新个体加以保护以增强其在结构中的存活率。最后选用9SP₂、20SP算例进行验证,取得了优于已发表文献的最优结果,证明了该策略的可行性。     

Procédure rapide de choix de réseaux d'échangeurs de chaleur

A fast calculation of a reasonable solution for the choice of a heat exchanger network able to make some imposed cooling and warming up tasks, with the use of auxiliary utilities, is developed in this article.This problem boils down to the internal heat exchanger network choice with respect to a constraint limiting the exchange area, maximizing the heat recovery and minimizing the number of stream matching.These internal matches are made one by one with respect to the tasks to be effected at each step. Amongst the possible matches, we have retained the privilegied ones, ie matches saturating a maximum number of constraints. Some procedures are implemented so as to choose among this set of privilegied matches.The illustration with some literature problems shows that an algorithm made up with these procedures carries out a good compromise between the quality of the obtained solution and the computer time.     

基于节点非结构模型的换热网络结构多样性分析及改进优化策略

强制进化随机游走算法优化换热网络过程中会出现个体结构相似现象,导致种群结构多样性下降,算法全局搜索能力不足,难以进一步优化换热网络结构。针对基于节点非结构模型的换热网络结构相似现象展开研究,制定两个评价指标衡量优化过程中个体结构相似水平,发现个体结构内相似换热单元数逐步增加,而相似换热单元的热负荷差距逐步减小,个体结构相似水平越来越高。基于此,以提升种群多样性为指导,提出换热单元排斥性进化策略,通过增大相似换热单元的热负荷差距,激励相似换热单元的差异性进化,从而改变结构进化方向,降低相似结构规模。最后应用20SP和15SP两个算例验证该策略的有效性,结构年综合费用与文献最优结果相比分别下降了12 105＄·a^-1和52 535＄·a^-1,说明该策略可以有效提升算法全局搜索能力。     

一种热集成系统的动态多智能体微分进化算法

针对热集成系统换热网络存在的严重非凸非线性与多维多极值问题,提出动态多智能体微分进化算法.结合动态更新策略,并引入多智能体算法的环境感知能力,改进微分进化算法的种群生成方式与变异机制,并增强在大规模复杂非线性系统中的全局搜索能力.通过10SP2与9SP1换热网络经典算例优化,得到最佳年综合费用,体现出了改进算法更优的全局搜索能力.     

动态区域禁忌匹配策略提高新生换热单元竞争力

在优化换热网络过程中, 有分流节点非结构模型的换热单元会打破初始均匀分布状态向流股上游区域集中, 使得冷热流股入口区域无法生成新的换热单元, 造成结构变异能力下降。本文探究该现象成因及其对进化的影响, 并提出动态区域禁忌匹配策略: 上游区域空节点时允许自由匹配; 当上游区域节点非空时进行上游区间的清空操作, 即将生成节点等效向下游区域进行转移, 从而保障换热单元在上游区域的匹配活力, 增强新生成换热单元在结构进化过程中的竞争力, 促进换热网络结构进化。通过在算例15sp和20sp的应用, 发现该策略能够提升网络结构变异能力。