换热网络优化中换热单元生成频次的影响分析及策略改进

换热单元的生成频次对换热网络优化有直接的影响,分析其机理可以指导求解算法的改进。本文采用节点非结构模型及强制进化随机游走算法,通过设置不同的换热单元生成概率与生成个数以改变换热单元的生成频次,观察并记录个体在优化过程中产生的年综合费用变化情况。发现不同生成频次下整型变量和连续变量的相对优化频率发生了变化,从而改变了整体优化过程,并且与个体当前优化状态不适应的生成频次会造成相对优化频率不平衡、优化结果较差。基于此,本文提出了一种具有生成参数动态调节策略的换热单元生成方式,在优化过程中根据个体状态实时调整换热单元的生成概率与生成个数,平衡整型变量与连续变量的相对优化频率。最后,采用15SP、10SP和20SP算例进行验证,换热网络的年综合费用较文献结果分别下降了1.06%、0.16%、0.68%,验证了该策略使得换热单元的生成频次更为合理,有效地提高了算法的优化效率。

RWCE算法中采用单元重构策略激励换热网络结构优化

应用强制进化随机游走算法优化换热网络的过程中,通过监测最优结构中换热单元优化进程,探究总体结构进化特点,发现存在换热单元先入为主的现象,主体结构稳固难以被突破,导致换热网络优化进入“停滞”状态。基于此,提出了换热单元重构策略,该策略旨在增强结构变异能力,经过一定阶段概率性消除结构中既有换热单元,腾出结构进化空间,再依据约束条件重新构建换热单元,既丰富了结构多样性又扩大了搜索域。此外建立优化状态监测指标,维持结构较高的变异活性,增强算法全局寻优能力。最后将该策略加入算法流程优化多个换热网络实例,总结分析其作用机理,所得结果均优于现有文献结果,证实了该策略的有效性。

基于节点配置策略的有分流换热网络优化性能探析

应用节点非结构模型(nodes-based non-structural model,NNM)优化换热网络时,合理地配置节点参数(分流组数和分支数)可辅助算法以更高的效率获得更优的结果。然而,NNM模型的设置中,所有热流股共用一组节点参数,所有冷流股共用一组节点参数,因此无法定制化地满足每一个流股对分流的需求。为提高网络中节点的利用率,本文提出了节点配置策略。该策略可根据流股热容流率对流股上的分支数及其组数进行调整,减少无效结构对优化的阻碍,使算法在优化初期快速获得潜在优势结构,提升优化质量。通过10SP和15SP算例验证策略的有效性,所获结果比文献最优结果分别低340USD/a和2285USD/a,且低于同参数下无该节点配置策略的NNM模型所获结果,从算例分析可知该策略可有效辅助提升算法的优化性能,以获取更优的优化结果。

连续配筋水泥混凝土路面的有限元模型探讨

在分析连续配筋水泥混凝土路面的力学特性,利用有限元方法对连续配筋水泥混凝土路面荷载应力及温度应力进行分析的基础上,建立连续配筋水泥混凝土路面的有限元模型,并运用水泥混凝土路面应力计算程序CP05对其进行验证,其计算结果可靠,说明连续配筋水泥混凝土路面的有限元模型具有一定的实用价值。

一种流股分流动态调节的换热网络优化策略

现有的节点非结构模型(Node-wise non-structural superstructure,NW-NSS)在优化换热网络时需要预设固定的节点分流数量,难以满足结构进化过程对于求解空间和计算效率的需求,易造成换热单元生成空间受限,影响算法全局优化性能。本文提出一种流股分流动态调节策略,该策略基于实时结构的整型变量分布信息,动态增加结构进化所需的必要分流并减少无效结构对优化的阻碍,辅助算法以更高的效率跳出局部极值,提升优化质量。将策略应用于16SP、20SP算例,分别得到年综合费用为6 653 940和1 711 886$/a的最优换热网络结构,较文献最优结果降低了3 140和3 202$/a。

带有分流结构匹配策略的换热网络优化分析

采用节点非结构模型(NNM)优化换热网络时,节点位置的合理配置对网络拓扑结构和优化结果有重要影响。在分析NNM的优化性能时发现,优化结果中分流结构主要出现在具有较大换热潜能的流股上。因此,提出了分流结构匹配策略,该策略可根据各流股的换热潜能对流股分流结构进行调整,使换热潜能较大的流股保留更多的分流结构,促进潜在优势结构的生成。将该策略改进后的算法用于优化9SP和15SP算例,所获优化结果比公开文献最优年综合费用低17 046$/a和4 418$/a,且改进后的模型与算例的适配度较高。

垂直非结构模型应用于换热网络优化

节点非结构模型优化换热网络时会出现换热器交叉排列的情况,分析发现在相同传热负荷下交叉结构比垂直结构换热单元总传热面积增大,同时明显降低算法的计算效率.基于此,建立垂直非结构模型.与节点非结构模型相比,垂直非结构模型降低了优化过程中的计算复杂度,并且能够消除交叉结构带来的不利影响,有效提升了优化的效率及求解精度.应用两个算例对基于垂直非结构模型的强制进化随机游走算法(RWCE)进行优化性能分析,取得了优于文献的结果.

换热网络优化中换热单元均布处理的周期性影响分析

为了避免相邻换热单元之间无法产生新换热单元,提升节点非结构模型在算法优化中的适应性,基于换热单元均布策略分析了均布周期对换热网络进化的影响,提出加权均布策略。结果表明:均布策略只在相邻换热单元之间产生新换热单元时才会产生一定影响,且均布策略的采用周期过大或过小都会对换热网络优化产生不利影响;通过两个不同规模的算例进行验证,得到的结果分别为5169910和1511549$/a;加权均布策略能够提高算法在节点非结构模型中的优化性能。

一种割裂耦合关系的换热网络优化方法

在用强制进化随机游走算法优化换热网络时,优化后期由于换热单元之间存在耦合关系,换热网络结构已基本稳定,难以新增加或者消去换热单元,因此结构变异较为缓慢。为了促进结构变异,提出了一种割裂结构耦合关系的高效优化方法。该方法基于耦合关系随机消去换热单元,使得匹配已稳定的冷热流股重新获得一定的换热潜能,从而具有匹配新换热单元的潜力,快速寻找到更多匹配方式。通过20SP和15SP算例进行有效性验证,分别取得1 395 461$和5 115 557$的年综合费用,表明割裂结构耦合关系的方法能进一步促进结构进化,增强算法的全局搜索能力。

公用工程灵活匹配的节点非结构拓展模型

建立一种拓展节点非结构模型,在冷热两端,各额外增设一条冷热流股和常规热冷流股进行匹配,判定冷热内部公用工程的生成,实现公用工程在冷热流股上任意位置的独立匹配,提升模型自由度。将强制进化随机游走算法引入到实际工程算例9SP、10SP、15SP中进行优化,最优结果比现有文献分别节省了5600$·a^(-1)、848$·a^(-1)、4455$·a^(-1)。该拓展模型的应用不仅可以得到更经济的换热网络设计,并且具有更强的灵活性。

基于差解结构的多程优化策略研究

强制进化随机游走算法优化换热网络时,在个体选择阶段通过设置接受差解概率增强结构的进化能力,但优化过程中会出现个体在较短的迭代步数内未充分发挥其优化潜能而再次被差解取代的现象,使优化精度降低。针对两次接受差解间迭代步数较少的情况,提出差解结构的多程优化策略,将第二次接受差解前的结构传递给新种群。通过20流股(SP)和10流股算例验证,得到相较文献更低的年综合费用,分别为1396465和8705500$/a,表明引入该策略后,优化效率和质量得以提高。