超結(jié)構(gòu)換熱器網(wǎng)絡(luò)的綜合——分析解模型在遺傳-模擬退火算法中的應(yīng)用.pdf

1、近年來，由于能源消耗的迅猛增加，人們越來越關(guān)注熱力綜合問題以及能源回收技術(shù)。由一組換熱器組成的熱回收系統(tǒng)可以稱為換熱器網(wǎng)絡(luò)(HEN)。換熱器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用于空分和石油化工業(yè)等過程工業(yè)中，以滿足許多股需要不同溫度的流體間的熱量交換。 換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合的任務(wù)是合理地匹配冷熱物流，充分利用熱物流去加熱冷物流，盡可能地減少公用工程的加熱和冷卻負(fù)荷，以提高系統(tǒng)的熱回收能力和減少系統(tǒng)的投資費(fèi)用。由于可以顯著減少能源消耗以及設(shè)備費(fèi)用，換熱器網(wǎng)絡(luò)

2、綜合被看作過程工業(yè)中非常重要的研究課題。 換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合優(yōu)化問題實質(zhì)上一個混合整數(shù)非線性數(shù)學(xué)規(guī)劃(MINLP)問題，這類問題的非凸性非線性的特性使得目標(biāo)函數(shù)存在多個局部最優(yōu)解。這一數(shù)學(xué)模型難以用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法求解。而為解決這類計算規(guī)模龐大且容易陷于局部最優(yōu)解的問題提供了很有希望的一個方向。但是將遺傳算法應(yīng)用于換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合優(yōu)化問題時會遇到一系列的困難，其中最大的困難是會遇到隨機(jī)生成的換熱網(wǎng)絡(luò)不可行的問題。這是由于一個可行解在經(jīng)過

3、各種遺傳算子的作用后會以很大的概率變成不可行解。這樣會直接導(dǎo)致整個綜合優(yōu)化過程變得復(fù)雜，浪費(fèi)大量的時問，降低算法的效率。另一方面，實際工業(yè)存在的換熱器網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模通常較大，而較大規(guī)模的換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合的計算量非常龐大，現(xiàn)有的換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合優(yōu)化方法都只能解決較小規(guī)模的問題。由此，本文進(jìn)行了以下研究，改進(jìn)了遺傳模擬退火算法，使之可以更好得應(yīng)用于換熱器網(wǎng)絡(luò)的綜合工作中，并且可以適用于較大規(guī)模的換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合中。 (1)本文對分級超結(jié)構(gòu)換熱

4、器網(wǎng)絡(luò)模型的溫度計算提出了一種通用的精確解方法并得到了顯式解析解，使MINLP模型的約束條件大為減少，確保了解的可行性。并且簡化了這一解析解，大大減少了運(yùn)算量，使得本文的算法可以適用于較大規(guī)模的換熱器網(wǎng)絡(luò)。 (2)以上述中提出的解析解為基礎(chǔ)，本文提出了以遺傳算法和模擬退火算法為主，結(jié)合最速下降法的混合遺傳算法，同時在算法中引進(jìn)精英策略和結(jié)構(gòu)變異策略以增強(qiáng)全局搜索能力。 (3)計算各種不同的實際應(yīng)用實例，從而顯示本文設(shè)計的