基于NSGA-Ⅱ和BP神经网络的螺旋板式换热器多目标优化

提出了一种带扰流片的螺旋板式换热器结构参数多目标优化方案,该方案主要采用快速非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ、BP神经网络以及CFD正交试验,在给定的范围内寻找最佳的扰流片结构参数。设置16组正交仿真试验模型,并根据试验样本数据得到扰流片结构参数和优化变量之间的非线性映射关系。以对流换热系数和压降为目标函数,使用NSGA-Ⅱ算法对优化后的BP神经网络进行极值寻优,得出优化目标下的Pareto解集,最后采用TOPSIS评价方法得到扰流片结构多目标优化的最终结果。仿真结果表明,优化后的结构同多目标优化算法的预测值误差都在15%以内,对流换热系数h较传统的螺旋板式换热器提高31.4%,说明该优化方法是可行的,为换热器结构优化和工程应用提供一定的参考。

换热器网络调优过程中热负荷回路的量化处理

本研究对换热器网络调优时的热负荷回路提出一种定量化处理方法。对于存在热负荷回路且断开回路后需要能量松弛的换热器网络,分别计算改进前后年度操作费用和年度设备费用的增减幅度,得到年度总费用的变化情况,以便对是否需要改进换热器网络进行决策。年度操作费用与能量松弛幅度和公用工程价格相关,而年度设备费用则与换热器面积、换热器材质和投资回收期等因素相关。能量松弛幅度和换热器材质对年度总费用有显著影响,在本换热器网络案例的研究中考虑了换热器材质对年度总费用的影响。本案例中,随着材质价格升高,换热器网络改进后与改进前年度总费用之差呈下降趋势,当其正负号发生改变时,换热器网络方案也将产生变化。当本案例中换热器使用低廉的材质使年度总费用之差为正值时,应维持原换热器网络方案不变;若使用昂贵的材质使总费用之差为负值时,则应采用能量松弛后的换热器网络方案。本研究对于过程工业中换热器网络的设计调优具有一定的指导意义。

以余热利用为目标的换热器网络耦合冷电联产系统设计

随着化石能源消耗的增加,碳排放量不断上升,环境和能源问题受到了人们的重视。在余热回收方面,有机朗肯循环、压缩-吸收覆叠制冷系统等取得了巨大进步。文章对以余热回收为目标的换热器耦合冷联产系统展开了探索,分析了系统的集成和优化设计,并通过工业实践验证了系统的可行性和有效性。实践证明,该方法具备提升能源效率和降低能源成本的功能与作用,具有较高的应用价值。

考虑管壳式换热器传热强化的换热网络综合研究进展

换热器传热强化在换热网络中的应用可以解决现有换热网络改造中的瓶颈问题,在热回收系统配置没有过多结构改造的条件下,可以达到明显的节能及降低成本的目的;同时,在换热网络设计中,换热器传热强化技术的应用可以降低设备投资,实现更好的经济效果。本文首先通过文献检索数据说明了在换热网络改造和设计中考虑传热强化技术的研究在近5年得到了研究者的关注。然后概述了管壳式换热器传热强化的基本原理及主要方式,分析了传热强化技术的应用对换热器传热性能的影响,系统总结了管壳式换热器传热强化技术的分类和强化效果。进一步从设计和改造两个方面,对换热网络优化中考虑管壳式换热器传热强化的应用研究进行了综述,展示了传热强化对换热网络设计和改造的效果和优势。最后对下一步的研究进行了展望,指出可进一步探究换热器传热强化设备几何尺寸和换热网络同步优化、传热强化和换热器详细设计同步优化等。

管壳换热器模型库及在换热网络仿真中的应用

利用分布参数分段集中化的思想,建立了多管单壳换热器动态机理模型,以此为基础,编程建立了多管单壳换热器两个基本仿真模块,用这两个基本仿真模块可以组合得到所有类型的多管多壳换热器的仿真模块,即而组成多管多壳换热器的仿真模型库,利用该模型库可以根据换热网络的结构方便地搭建换热网络的仿真系统。搭建了一套实际的原油换热网络的仿真系统,该仿真系统不仅具有良好的准确性,而且还可以非常方便地研究参与换热的一种或多种物流温度和流量分别或同时变化时对换热终温的影响情况,为控制系统的研究与设计奠定基础。另外,用此方法建立的管壳式换热器仿真模型库可以非常方便地应用于其他管壳式换热网络的仿真。

换热器网络的最优合成

本文对55篇已发表的关于换热器网络最优合成文献进行了综述。文中将文献所报道的文献方法归为两类——直接寻优法和间接寻优法,并对目前普遍重视的间接寻优法,概括成三大步:预分析、形成初始网络和调优。分析了文献提出的各种方法的类型、特点及主要贡献。文中还对近年来发展起来的换热器网络最优合成的一个新课题——操作弹性问题进行了评述,并讨论了近年来换热器网络最优合成的发展动态和今后几年的发展趋势。

换热器网络同步最优综合方法──改进的MINLP转运模型法

针对现有的换热器网络最优综合方法的局限性，采用分级超结构转运模型和物流吸、放热潜力的概念，提出了非等温混合线性约束的换热器网络同步最优综合混合整数非线性规划（MINLP）的改进模型．该模型不仅可以对公用工程费用、换热面积、换热设备台数及物流的匹配选择进行多目标同步优化，而且在线性约束的条件下消除了等温混合的不合理假设，只需求解一次MINLP问题就可得到包括分流情况在内的最优网络结构．算例表明，该模型优于以往的几种同步优化模型．

多管程换热器网络的最小温差分析与夹点设计

在实际生产过程中,多管程换热器广泛应用,其中既存在逆流换热也存在并流换热。针对多管程换热器网络中并流换热与逆流换热时换热温差对夹点特性尤其是换热网络综合的影响,定量分析最小温差的选择与夹点特性及其总费用的关系。兼顾管程数目的选择以及换热网络总费用两方面因素,以年度化总费用最低为目标,优化求解多管程换热器网络的最小温差。然后,将求得的最小温差作为夹点温差,遵循夹点设计原则综合换热网络。同时,计算得出多管程换热器网络的FT修正因子,并对结果进行分析。最后,结合示例对比分析求解结果,证明方法的有效性。

多股流换热器网络优化的衍生网络法

从换热器网络综合及优化中相互矛盾的投资费用和运行费用分析入手,以多股流换热器代替两股流换热器网络,建立了一种网络优化目标的松弛技术,即在整体网络优化中允许小面积换热器的存在,然后通过多股流换热器对小换热器进行合并处理。结果表明,应用该方法进行换热网络的综合优化,可以充分发挥多股流换热器的优点,获得综合费用更低的换热网络结构。

基于两相流体网络的翅片管换热器仿真模型研究

基于两相流体网络 ,建立了针对具有复杂流路布置的翅片管换热器稳态通用分布参数仿真模型。模型考虑了实际换热器内部存在的翅片间导热 ,这使模型的建立假设更接近于实际的换热条件。通过对给定参数的实际换热器性能预测结果与实验结果对比分析表明 ,该模型和算法可以对具有复杂管排布置和连接方式的翅片管式换热器稳态性能进行仿真 (其仿真误差小于 5 % ) ,完全达到工程运用的要求。该模型可以用来预测和分析具有复杂制冷剂流路的翅片管换热器稳态性能。

用转运问题求解换热器网络的最小公用设施费用

本文对Papoulias S.A.等人提出的用转运问题求解换热器网络的最小公用设施费用的数学模型进行了数学求解;编制了FORTRAN 77计算程序PMU。由于在求解过程中考虑了一些工程因素,使得用转运问题求解换热器网络的最小公用设施费用成为一个简便有效的工程实用方法。

柔性换热器网络综合与清洗时序安排同步优化

提出在柔性换热器网络设计时考虑设备投入运行后实施在线清洗时序安排的同步优化方法,实现换热器网络动态综合。为降低该问题计算的复杂性,提出采用两阶段法。第一阶段利用虚拟温-焓图法初步综合获得考虑设备结垢过程和流股入口温度、热容流率发生变化时的多周期柔性网络,在同步优化之前识别出较优匹配候选。第二阶段,换热网络结构、设备面积和清洗时序安排利用遗传/模拟退火算法进行同步优化。通过积分方法来计算随时间变化的公用工程消耗,所建立的数学模型因此比以往文献更加严格。计算实例表明,所提方法有效降低年度总费用,同时能够解决大规模柔性换热器网络综合问题。

换热器网络优化研究进展

本文阐述了国内外换热器网络研究的最新进展 ,详细比较了研究换热器网络的两种不同的方法 ,还对换热器网络的动态特性研究做了简要介绍。作者认为 :把窄点理论和混合整数非线性优化应用在其它动力系统如 :制冷、空调、热泵、热电联产等 ,并对这些系统的节能也有一定的帮助。最后指出了换热器网络研究的发展方向。

考虑污垢增长的柔性换热器网络综合

针对以往考虑污垢增长的柔性换热器网络(HEN)综合方法计算复杂、求解难度大等问题,提出了改进措施:首先简化由虚拟温焓图法得到的污垢热阻最大时的换热器网络结构,通过Excel中单变量求解函数对制约换热的因素进行调整来保证换热约束和降低总费用;然后应用遗传/模拟退火算法优化网络的换热面积。采用实例研究对该方法进行验证,结果表明:该方法在节省年度总费用的同时,有效地降低了计算复杂度,提高了计算效率。

一种分级超结构换热器网络综合优化方法及其应用

对分级超结构换热器网络模型的温度计算提出了一种通用的精确解方法,同时得到了显式解析解,并以这一解析解为基础,设计了以遗传算法和模拟退火算法为主,结合最速下降法的混合遗传算法,此外还在算法中引进精英策略和结构变异策略.应用实例的计算结果显示了这一混合遗传算法对于换热器网络的参数和结构都具有良好的搜索能力.

水质参数影响板式换热器污垢特性的神经网络分析

搭建了板式换热器污垢热阻实时监测系统平台,采用多项式拟合的方法分析出松花江水中电导率、铁离子、细菌总数、pH值、浊度等水质参数与污垢的形成过程密切相关;将其和时间作为输入量,污垢热阻作为输出量,建立基于BP神经网络的冷却水污垢热阻预测模型。结合绝对误差和相对误差的分析知:预测值准确率达到90%以上,网络泛化能力的可靠性强;分析比较多次预测结果表明,该模型不但适用于流速、换热器特性参数等为定值的情况,而且当这些参数发生改变时,该模型也适用。

采用双(多)壳程换热器来促进换热网络的进一步优化

文中从过程工业换热流程优化的角度论述了采用双(多)壳程换热器的重要性和必要性,并从单个匹配和整个换热网络两方面进行了理论分析。指出采用双(多)壳程换热器具有降低换热器投资、提高换热网络热回收率和过程系统的能量综合优化水平等多重效果。

序贯模块法实现换热器网络的模拟

本文应用序贯模块法建立了换热器网络的模拟软件,研究了换热器网络建构技术、换热网络的自动识别技术以及求解策略的自动生成方法,并分析了环路识别和智能化环路断裂以及收敛模块的自动生成问题。结果表明:应用该方法建立的换热器网络的模拟有稳定性好、能够自动处理复杂结构网络的优点。

用改进的遗传算法进行多流股换热器网络综合(英文)

建立了有分流情况下换热器网络综合的数学模型,该模型改进了文献中等温混合的不合理假设.有分流情况下的换热器网络综合问题本质上是一个混合整数非线性规划(MINLP)问题.这类问题的非凸非线性特性使得目标函数存在多个局部最优解.传统的基于梯度的搜索方法在处理这类问题时由于计算规模庞大且极易陷于局部最优解而不再适用.因此对遗传算法进行多流股换热器网络综合的方法进行了研究,最后通过例题证明了方法的有效性.