基于GPU并行計(jì)算的數(shù)值模擬與燃煤鍋爐系統(tǒng)的優(yōu)化研究.pdf

1、隨著能源消耗的增加與環(huán)保需求的提高，節(jié)能減排已經(jīng)成為我國(guó)各項(xiàng)研究的重中之重。鍋爐燃燒優(yōu)化可以針對(duì)鍋爐的效率或者污染物的排放量進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)。但是以往的鍋爐燃燒優(yōu)化都是對(duì)鍋爐的單個(gè)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，單目標(biāo)的優(yōu)化結(jié)果可以使得優(yōu)化的目標(biāo)變量得到大幅度的改進(jìn)，而其他的運(yùn)行參數(shù)則不太理想從而不能達(dá)到節(jié)能減排的目的。為了能夠有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，對(duì)鍋爐的多目標(biāo)優(yōu)化也勢(shì)在必行。鍋爐系統(tǒng)本身的機(jī)理非常復(fù)雜，復(fù)雜的機(jī)理研究需要更大的計(jì)算量和更能反映機(jī)理的方

2、法。GPU并行計(jì)算技術(shù)在顯卡上可以實(shí)現(xiàn)十幾倍甚至幾十倍于主流CPU的加速比，為大數(shù)據(jù)量的處理和數(shù)值模擬研究帶來了新的思路和方法。鍋爐系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，保證鍋爐安全穩(wěn)定的運(yùn)行是首要的任務(wù)。而鍋爐送粉管道的阻力的均衡特性是保證鍋爐燃燒火焰居中的首要特性。目前大部分的電力設(shè)計(jì)部門已經(jīng)采用了電廠三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行管道布置的設(shè)計(jì)，但是缺乏相應(yīng)的阻力計(jì)算軟件和準(zhǔn)確的阻力計(jì)算公式，如果能將管道阻力計(jì)算與三維設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合對(duì)管道阻力的設(shè)計(jì)優(yōu)化將會(huì)有很

3、大的好處。
　　 本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于GT200架構(gòu)的GPU分析了GPU的硬件結(jié)構(gòu)和GPU可用于通用計(jì)算的原理，同時(shí)介紹了Nvidia公司的CUDA技術(shù)。⑵在基于GPU并行計(jì)算的基礎(chǔ)上，采用CUDA技術(shù)，針對(duì)經(jīng)典的圓柱繞流問題實(shí)現(xiàn)了格子玻爾茲曼的在GPU上的并行算法，同時(shí)討論了并行算法中影響算法執(zhí)行效率的各個(gè)因素。⑶采用支持向量機(jī)對(duì)燃煤鍋爐的NOx排放量和飛灰含碳量的建模。同時(shí)在將GPU并行計(jì)算的概念引入到支持向量機(jī)建模當(dāng)

4、中，在大數(shù)據(jù)量下的基于CUDA并行計(jì)算的支持向量機(jī)可以獲取一定的加速比，數(shù)據(jù)量較小的情況下建模速度和預(yù)測(cè)速度并沒有相應(yīng)的提高。⑷在支持向量機(jī)建好的模型的基礎(chǔ)上，分別采用的了改進(jìn)的非支配排序算法、增強(qiáng)的多目標(biāo)進(jìn)化算法、多目標(biāo)細(xì)胞遺傳算法、多目標(biāo)分散搜索算法和多目標(biāo)粒子群算法對(duì)鍋爐的NOx排放量和飛灰含碳量進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化。同時(shí)對(duì)以上的各個(gè)算法在算法的執(zhí)行時(shí)間、解的分布范圍、解分布的均勻程度方面進(jìn)行了比較。⑸在三維電廠設(shè)計(jì)軟件PDMS平臺(tái)上