管殼式換熱器及換熱器網絡的多目標優(yōu)化設計.pdf

1、換熱器作為一種基本的換熱設備，在化工、動力、冶金、食品、能源、航天等工程領域中有著廣泛應用。通過優(yōu)化設計提高換熱器的性能，減少換熱過程熱量的不可逆耗散，是提高能源利用率的重要措施，在能源日益短缺和環(huán)境污染逐步惡化的今天具有重要的意義。同時在實際應用中往往出現(xiàn)多個換熱器一起使用的情況，因此如何提高換熱器網絡的性能也是重要的研究課題。本文將致力于管殼式換熱器及換熱器網絡的多目標優(yōu)化設計。
　　 現(xiàn)有換熱器優(yōu)化設計方法大致分為兩類，一

2、類是以換熱器的總成本最小為目標函數(shù)，另一類是以無量綱化的換熱器中的熵產最小為目標函數(shù)。第一類方法雖然降低了換熱器的成本，但以犧牲換熱器的性能為代價。第二類方法雖然提高了換熱器的性能，但增加了換熱器的成本。為了既滿足用戶對換熱器成本的要求，又盡可能地提高換熱器的性能，本文以換熱器總成本和換熱器的火積耗散數(shù)為目標函數(shù)，應用遺傳算法對管殼式換熱器和換熱器網絡進行了多目標優(yōu)化設計，編寫了換熱器優(yōu)化設計程序，并和單目標優(yōu)化設計結果進行了比較。

3、r>　　 對管殼式換熱器進行多目標優(yōu)化設計時，我們選取換熱器總成本和火積耗散數(shù)為兩個獨立的目標函數(shù)，以換熱管直徑、換熱管長度、換熱管數(shù)目、換熱管布置方式、折流板缺口高度、中間折流板間距、進出口處折流板間距、換熱管間距、折流板上換熱管與管孔間距、折流板外緣與殼體內徑間距、換熱管束外緣直徑等作為設計變量，以容許壓降和換熱器設計標準要求為約束條件，形成了換熱器的多目標優(yōu)化設計問題，并應用新一代非劣分層遺傳算法(NSGA-Ⅱ)求解了該優(yōu)化問題

4、。通過比較優(yōu)化前后的設計方案，發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化設計可以在降低換熱器成本的同時，明顯減少了泵功的消耗。通過和其它換熱器優(yōu)化設計方法（譬如以換熱器的總成本為目標函數(shù)的優(yōu)化法）對比，發(fā)現(xiàn)以換熱器總成本和火積耗散數(shù)為目標函數(shù)的換熱器多目標優(yōu)化設計方法在提高換熱器性能和降低成本方面有著較大優(yōu)勢。
　　 對換熱器網絡進行優(yōu)化時，以成本最小為目標函數(shù)的換熱器網絡優(yōu)化，在完成換熱任務的條件下可以明顯地節(jié)約換熱器網絡成本，有著較大的現(xiàn)實意義；由于換熱