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。     

采用新单元换热量生成与分布概率协调策略优化换热网络

强制进化随机游走算法应用于换热网络优化,具有算法程序简单、结构进化能力强等特点,但种群个体进化后期依然很难找到使年综合费用再次降低的进化方向。鉴于此,分析新生成换热单元最大换热量(Q_(max))取值对优化过程及新生成换热单元换热量(Q_n)概率分布的影响,在此基础上采用换热单元换热量生成与分布概率协调的换热网络优化策略,摄动后小概率随机生成换热量较大的换热单元,同时改变Q_n的概率分布情况,用于增强结构进化能力。最后采用15SP和20SP算例验证该策略的可行性,较文献结果分别降低了435 498和42 253$/a,由此证明,该策略可有效提高算法的局部搜索精度和全局搜索能力。     

换热网络的解析解及其精度的改进

在换热网络解析解的计算方法基础上,综合考虑了换热网络中流股物性变化和换热器性能的变化,提出了换热网络解析解精度的改进方法,此方法采用内外双层迭代算法,比较计算了不同结构换热网络.实验结果表明,改进的解析解能有效地提高换热网络的计算精度,并且计算速度下降.     

换热网络填充函数法的全局优化

换热网络全局优化问题属于混合整数非线性规划范畴,其难点是目标函数和约束条件呈现为严重的非线性和非凸特性,局部最优解陷阱星罗棋布.针对其全局优化的难点,应用一种变换函数的全局优化方法--填充函数法,对换热网络进行全局优化.通过具体的填充函数对某特定算例进行求解表明,通过不断的交替优化,填充函数能够使换热网络目标函数跳出局...     

以综合费用最小为目标的无分流换热网络综合

提出峰谷轮换法对以综合费用最小为目标的无分流换热网络进行综合优化,该方法首先对目标函数极小化得到一个局部极小值及相应的结构,然后以该结构为初始结构极大化目标函数得到局部极大值及相应结构,极小化和极大化过程沿着一定路径无折回地交替进行,跳出局部极小值点,寻找更优的换热网络结构,直至最优结构.采用2个典型算例对该方法的可行...     

变物性热图法优化换热网络

在分析换热网络优化的热力学方法和数学规划法基础上,针对热图法在优化过程中不考虑物性变化的缺陷,对其进行了改进,提出了优化换热网络的变物性热图法.该方法通过热焓图上变物性流股的标绘后,以直接切割图形来实现换热的匹配,在保证优化效率的前提下,提高了换热网络的优化精度.采用此方法对炼油厂常减压蒸馏装置换热网络进行优化,得到了较好的结果.     

基于正交试验的控制柜热设计研究

在已有机柜散热方式的基础上,采用整体区域的平均温度作为环境温度的近似,借助L64(98)正交表分析控制柜关键因素位置对其平均温度的影响。结果表明,左侧入风口和电子元件A1对平均温度的影响最大。极差分析优组合与原始布局相比平均温度下降了1.38 ℃,通过优化关键因素位置,控制柜可靠性得到了提高,为机柜系统热设计提供一定参考。     

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。