一种大步长激励的结构进化策略应用于换热网络优化

强制进化随机游走算法(random walk algorithm with compulsive evolution,RWCE)具有进化策略简单、控制参数少、全局搜索能力强等特点,是换热网络优化的一种有效方法。鉴于步长对RWCE算法跳出局部最优解有重要的影响,针对RWCE算法的步长分布进行研究,通过分析大步长在局部极值跳出中的作用机理,建立了一种全新的步长组合生成方法,并据此提出了一种大步长激励的结构进化策略。最后,通过3个算例验证了结构进化策略的有效性,与文献结果进行对比,结果表明大步长激励的结构进化策略提高了算法的全局搜索能力。     

采用阶段更新策略加强结构进化的换热网络优化

针对换热网络优化中因种群多样性受限引起的易陷入局部最优解的问题,提出了采用阶段更新策略的强制进化随机游走算法。通过阶段性地随机生成最大步长和允许生成的最小换热量对种群个体更新,充分利用改进后整型变量的阶段性变化和个体进化过程中差解的复杂性增强结构进化能力,加大新结构与原始结构的差异性,保持种群活力和多样性,提高算法的全局搜索能力。并用算例验证了该策略加强结构进化能力的有效性,及换热网络优化中跳出局部最优解的优越性。     

基于蒙特卡罗微分算法优化大规模换热网络

在换热网络数学模型及分级超结构基础上,提出蒙特卡罗结合微分进化算法,双层优化换热网络。外层利用蒙特卡罗算法全局范围内搜索最佳的换热网络结构;内层用微分进化算法优化换热器面积;通过设定合理的预期换热器个数,控制Grossmann超结构下产生换热器的个数,不但能提高求解效率,而且可以有效地解决大规模换热网络问题。最后,算例结果表明,基于蒙特卡罗微分算法能保证在全局搜索能力的前提下,混合求解策略能够获得较优的结果。     

热功率信号下芯片温度动态响应及热特性分析

针对电子元件在瞬态传热中的热惯性问题,对芯片在热功率信号作用下的温度动态响应特性进行识别。根据芯片温度对芯片发热功率的阶跃响应曲线,求得芯片上关键点的传递函数;根据芯片温度的方波响应曲线和正弦响应曲线,重点对热功率信号给芯片造成的温度冲击与信号周期之间的关系进行分析。该研究对提高电子元件抵抗热冲击和热疲劳的能力具有指导意义。     

RWCE算法控制参数动态更新促进换热网络结构进化策略

相较其他进化算法,强制进化随机游走（RWCE）算法能够始终保持较高的种群多样性,从而有效地跳出局部最优。然而,目前对于该算法进化过程中的控制参数如最大步长、最小换热量或换热面积以及接受差解概率的设置仍无严格定义,其取值方法和取值范围都将对结构进化的进度、换热单元生成和消去速度以及最终的换热单元数产生直接影响。根据换热单元数设定逐渐变化的控制参数,进行逐级优化尝试。引入logistic函数作为接受差解概率的取值策略,使最大步长和保留系数均随换热单元数线性变化,实现控制参数的动态更新从而促进换热网络结构进化。通过算例验证,该策略能提高RWCE算法优化换热网络的效率,可获得更理想的网络结构。     

一种多股流换热器综合性能优化设计方法

在综合考虑了体积、重量和阻力等因素的基础上,对多股流换热器进行通道排列和优化设计,并运用无量纲分析法,自定义了syn因子、syn线等用以评价换热器综合性能的指标。详细分析了应用syn因子综合优化翅片结构的过程,与实际的设计结果比较表明：该方法适用于多股流换热器的综合性能优化设计。     

一种应用于换热网络综合的伴随优化策略

为解决强制进化随机游走算法(random walk algorithm with compulsive evolution,RWCE)应用于换热网络综合时进化停滞的问题,提出了一种伴随优化策略(CO-RWCE):对种群中各个体优化进程进行监控,当个体因接受差解陷入长期进化停滞时,将该个体历史最优解回代给个体以调整优化方向;若多次回代后个体仍未进化,则将全局最优解传给个体并摄动以实现重生。在回代或重生后,采用一种游走概率递减技术,控制游走变量个数以提升搜索精度。优化结果表明:改进策略增强了个体自身进化能力,有效提升了算法搜索能力。     

应用于换热网络优化的并行双层RWCE算法

换热网络规模越大,其解空间内极值点呈指数性增长,优化时不仅要求算法具有强大的全局寻优能力,局部解空间的高精度搜索也不可或缺。鉴于强制进化随机游走算法(RWCE)优化换热网络时难以兼顾局部搜索能力、易导致遗漏最优解的现象,同时为增大算法优化大规模换热网络的种群数量,本文将精细搜索和并行计算相结合提出了并行双层RWCE算法。算法基于多核并行技术,通过并行线程分配建立基础层和精细层,基础层在并行计算技术加持下,算法全局搜索能力大幅提升,精细层将基础层当前最优解实时精细搜索,避免了原算法差解代替优解现象。最后通过两个算例进行验证,结果表明并行双层RWCE算法不仅具有更强的全局搜索能力,且兼具高精度的局部搜索能力,在优化进程中有效保护了最优解。     

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。     

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。