一种新的多能互补分布式能源系统动态约束工作点设计方法

提出了一种新的动态约束工作点设计方法,通过调节部分设备容量,并同步优化储能设备容量,强化储能设备削峰填谷的优势。以经济性最优为目标,以系统中各设备容量为优化变量,将容量配置优化模型与强制进化随机游走算法相结合,并将其应用于具体算例。结果表明:相比其他3种方案,采用动态约束工作点设计方法后年综合费用分别降低了11.3%、8.8%和4.1%,进一步提高了系统的经济性。

一种新的用于换热网络全局优化的强制进化随机游走算法

应用启发式方法在换热网络全局优化上的优点,提出了一种全新的强制进化随机游走算法(random walk algorithm with compulsive evolution,RWCE),算法以目标函数减小为强制方向,通过各换热单元面积的随机扩大或缩小,同时实现了整型变量(换热单元数)和连续变量(换热单元面积)的同步优化。另外,算法能够以一定的概率选择接受差解,使其具备极强的跳出局部最优解的能力和全局搜索能力。算例验证表明,RWCE算法相比于其他启发式方法具有程序简单、更易实现、算法适应性及全局搜索能力更强的优点,使优化质量得到进一步提升。

基于能源互联网的能量传输建模及线路布配

本文利用供、用能端相互联系、相互补充的能源互联网供能模式缓解资源分布和用能需求的不均衡,目的是降低全国范围的能耗率及用能成本。首先通过能量密度法计算出各地区供用能分布对应的能量节点坐标,在此基础上建立各节点间能量传输模型;然后提出主汇点星型连接、主干线路垂直法两种几何法应用于能源互联网的传输线路优化,并分析其在能量传输模型优化中的优劣;最后采用综合连接法对西北地区枢纽节点间能量传输的线路连接进行设计,对比三种方法,得出该区域的最佳输配方案,解决其资源分布与用电负荷不相匹配问题。

一种新型Powell粒子群算法同步综合换热网络

针对换热网络同步综合方法的不足,本文提出了一种新型Powell粒子群算法,具有传统确定性方法的高精度以及启发式方法的高效率。同时针对群体智能算法优化换热网络问题时存在的不足,提出了云记忆体和个体对立策略,有效地避免算法发生早熟现象,扩大搜索范围。为处理整型变量而提出的两条整型变量优化策略与Powell粒子群算法结合,实现了连续变量与整型变量的同步优化。最后,选取两个经典算例验证算法的性能,均获得了优于文献的结果,表明算法能够找到更优的换热网络结构,是一种处理混合整数非线性问题的有效方法。

高酸值油料一步法制备生物柴油研究

以酸值123.04 mg KOH/g的棕榈油脱臭馏出物(PFAD)为原料,在带压反应器中,用浓硫酸为催化剂,采用一步法催化酯化反应制备生物柴油。重点研究反应温度、反应时间、催化剂用量和醇油比等因素对酯化和酯交换反应的影响。结果表明,提高反应温度能促进酯化反应和酯交换反应,使高酸值原料经一次反应直接转化为目的产物——脂肪酸甲酯,从而缩短制备流程,降低成本,强化酯化反应进行,提高脂肪酸甲酯收率。当催化剂用量为0.5%(质量分数)、醇油物质的量之比7∶1、在130℃反应90 min后,生物柴油的最高收率达到88.1%。较之酸碱两步法催化高酸值油料制备生物柴油能显著缩短反应时间、简化工艺流程、降低生产成本。

气烧石灰竖窑的数值模拟及优化研究

将气烧石灰竖窑中的石灰石处理为多孔介质,多孔介质能量方程选用单温度方程,以源项的形式添加石灰石分解反应,将分解反应热添加到能量方程中。通过建立能量源项的自定义函数,实现在单温度方程中以非定常能量源项来表示石灰石分解反应吸收热量的目的。研究结果表明,添加能量源项后,石灰窑中出现了明显的三带分布,即从窑底到烟气出口依次为冷却带、煅烧带、预热带,且煅烧带中的温度维持在1200~1500 K;在此基础上,得到了该型石灰窑的最佳运行工况参数,即当高炉煤气质量流量为0.127 kg/s、助燃风与冷却风的流量比为2∶3、助燃风和冷却风质量流量分别为0.0970 kg/s和0.1455 kg/s时煅烧效果最佳。

RWCE算法控制参数动态更新促进换热网络结构进化策略

相较其他进化算法,强制进化随机游走(RWCE)算法能够始终保持较高的种群多样性,从而有效地跳出局部最优。然而,目前对于该算法进化过程中的控制参数如最大步长、最小换热量或换热面积以及接受差解概率的设置仍无严格定义,其取值方法和取值范围都将对结构进化的进度、换热单元生成和消去速度以及最终的换热单元数产生直接影响。根据换热单元数设定逐渐变化的控制参数,进行逐级优化尝试。引入logistic函数作为接受差解概率的取值策略,使最大步长和保留系数均随换热单元数线性变化,实现控制参数的动态更新从而促进换热网络结构进化。通过算例验证,该策略能提高RWCE算法优化换热网络的效率,可获得更理想的网络结构。

一种采用种群多样性监控和实时更新策略的粒子群优化算法

针对粒子群算法优化后期容易出现早熟收敛问题,建立一种具有种群多样性监测和实时更新策略的改进方法.首先建立种群健康度指标用来评价粒子群进化状态;其次提出随机扰动策略和离心搜索策略用于丰富粒子群的种群多样性,增强算法的全局搜索能力,并提出梯度搜索策略用于精确、高效地搜寻当前邻域内的局部极值点,提高算法的计算效率.最后建立种群健康度反馈机制,使粒子可以实时感知种群的健康程度,并自适应地采用不同的粒子更新策略,保证粒子群处于健康进化水平.将新方法应用于优化实例,并与其它改进方法进行性能比较,结果验证了新方法的有效性.

基于有限元法LED散热强化研究

为了解决大功率LED散热问题,构建了包括LED固体部件及外部流体空间的三维数学模型。基于有限元法,应用k-ε模型模拟自然对流换热条件下LED模组散热情况。模拟结果表明,LED模组温度场分布不均,芯片结温较高;受芯片功率密度及位置布设的影响,中心翅片的散热效果差。通过改变散热器结构,设计了两种翅片组合形式,虽然换热面积有所减少,但由于中心翅片的对流换热得到强化,达到了降低结温的效果,提高了散热性能。

基于组合参数分析的LED散热结构优化研究

为了提高LED的散热性能,利用数值计算软件Icepak对其散热过程仿真模拟。LED散热受众多结构参数影响,选定影响芯片结温的主要因素,并逐一进行模拟计算,确定目标函数随各变量的变化趋势。为了进一步合理设计散热主体结构,通过正交试验优化参数组合,分析肋片个数、肋片高度、散热器高度以及基板厚度等4个因素对芯片结温的综合影响,得到优化后的参数组合。将所得最优组合参数解模拟计算,与初始结构相比芯片结温降低了9.02℃,达到了优化目标。

基于正交试验的控制柜热设计研究

在已有机柜散热方式的基础上,采用整体区域的平均温度作为环境温度的近似,借助L64(98)正交表分析控制柜关键因素位置对其平均温度的影响。结果表明,左侧入风口和电子元件A1对平均温度的影响最大。极差分析优组合与原始布局相比平均温度下降了1.38℃,通过优化关键因素位置,控制柜可靠性得到了提高,为机柜系统热设计提供一定参考。

气泡泵垂直提升管内气泡运动的CFD数值模拟研究

目前对气泡泵的研究主要集中在加热功率、管径和管数对气泡泵提升量的影响,而对垂直提升管内气泡运动状态的研究较少。文中采用VOF模型对气泡泵的双提升管和三提升管内气泡的产生和运动进行CFD数值模拟。结果表明:在低加热功率范围内,提升管数量对气泡的产生和运动形式基本没有影响;在高加热功率时,虽然液体提升量随着提升管数量的增加而增加,但是它并没有相应的成倍的增加;在提升管数量相同,压力为0.4 MPa时,氨水适于作为气泡泵的工质。因此得出结论:改进气泡泵结构、选取合适的加热功率和工质将是气泡泵发展的一个趋势。

可再生能源多能互补的分布式能源系统两级超结构模型

针对现有分布式能源系统设计受区域、资源和政策差异性的影响,建立了一套考虑可再生能源多能互补的超结构模型框架和通用求解方法。通过对系统流程结构和单元设备物理特性的逻辑描述,确定模型输入输出参数。引入强制进化随机游走算法,实现不同用能负荷需求、可再生能源形式和区域条件的求解计算。将提出的优化模型应用于具体算例,根据资源、设备条件和逐时负荷需求,确定了设备组合配置和运行方案,验证了该模型的实用性。

控制柜关键因素热布局优化研究

随着电子设备向高性能、微型化、集成化的趋势发展,控制柜的散热能力不仅影响电子元件的性能和使用寿命,更对系统稳定性有着重要意义。以控制柜内整体区域平均温度作为优化目标,根据L64(88)正交表的模拟值拟合得到多次回归方程,并求解方程得到最优解。结果表明:采用非线性拟合与数值模型符合性更高,二次回归方程拟合效果最好。根据二次回归方程得到控制柜热设计最佳布局,为提高电子产品热可靠性设计提供了借鉴意义。

具有步长调整策略的强制进化随机游走算法优化换热网络

强制进化随机游走算法(random walking algorithm with compulsive evolution,RWCE)是一种优化换热网络的新方法,具有程序简单、算法适应性和全局搜索能力较强等优点。本文研究了最大步长对RWCE算法优化性能的影响,提出了抛物线函数的最大步长递减调整策略来平衡RWCE算法的全局搜索与局部搜索能力。将引入策略的RWCE算法与基础算法比较,发现加入最大步长递减调整策略的RWCE算法与基础RWCE算法相比,在进化后期能够跳出局部极小值,具有更强的局部搜索能力。采用10SP2、9SP和15SP换热网络实例检验加入此策略RWCE算法的有效性,其中10SP2和9SP算例的优化结果均好于文献最好结果,相比算例原始文献下降了20.98%和1.11%。对15SP算例优化找到了新的换热网络匹配结构,并好于多数无分流换热网络优化结果,且低于文献结果 4.60%,证明了此方法在换热网络优化中具有较强的优化能力。

一种基于多种群对立平行进化策略的DE算法

针对微分进化算法应用于换热网络优化时易陷入局部区域和收敛精度不高的缺点,建立一种多种群对立的平行进化策略的微分进化算法.首先建立原始种群的对立种群;在此基础上,通过原始种群与对立种群的变异操作进行信息共享产生新的试验个体;最后运用多轮对立的思想保持多种群平行进化,使种群在保留当前求解信息的同时又能在求解域内进行更大范围搜索.对换热网络的经典算例计算表明,本文提出的多种群对立平行进化微分进化算法能够有效增强种群多样性,扩大算法的全局搜索能力,跳出局部极值陷阱,得到较好的优化结果.

采用结构进化策略的Lagrange乘子法优化换热网络

针对罚函数法处理有约束问题时存在的不足,采用Lagrange乘子法优化换热网络。为求解Lagrange函数方程组,根据确定性方法,提出最速下降法求解策略以及Powell法求解策略。通过极小值判断机制,保证Lagrange函数方程组的解是原换热网络目标函数值的极小值。根据实际工况,提出结构进化策略,与Lagrange乘子法相结合,实现了换热网络全局最优化。通过经典算例验证了两种求解策略的有效性、准确性以及结构进化策略的通用性。与文献结果进行对比,结果表明本算法具有较强的局部搜索能力以及全局搜索能力,能够找到更优的换热网络结构,有利于在工业生产中节约成本。

基于模拟退火算法的换热网络双层优化方法

针对同时存在整型变量及连续变量两种变量形式的换热网络优化问题,提出一种基于模拟退火算法的双层优化方法,分别处理代表结构的整型变量及代表费用的连续变量优化。外层算法以经济费用目标作为判断换热网络结构优劣的标准,通过随机扰动产生试探结构,借助模拟退火机制逐步进化外层结构;内层算法以流股间匹配的换热量作为优化变量,采用模拟退火算法实现费用连续变量的优化,再反馈到外层的结构优化过程。两个具体算例证明:模拟退火算法应用于换热网络结构的整型变量优化可以找到较优换热网络结构,而双层优化方法可有效处理具有整型变量和连续变量两种变量形式的换热网络优化问题,取得较好的换热网络设计。

改进萤火虫算法应用于换热网络最优化

换热网络全局最优化目前已经成为系统工程领域的一个难点和热点,将萤火虫算法(Fire-fly Algorithm,FA)引入换热网络最优化并对其进行改进,提高算法在混合整数非线性规划中的效能。首先对换热网络中表示换热单元有无的整型变量作连续化处理,简化求解模型,更好发挥FA算法强大的连续变量搜索能力;然后,建立了光吸收系数自适应策略和最优个体的随机摄动策略,增强算法全局搜索能力的同时保证收敛精度;最后,将改进算法应用于换热网络综合的10SP和10SP1实例,优化结果表明,改进算法能够获得很好的结果,验证了该算法及改进策略的有效性。

特殊换热网络算例优化与分析

换热网络综合属于混合整数非线性规划问题,具有严重的非凸、非线性特性。为探讨某些换热网络算例可能存在内部公用工程且年综合费用极低的特殊换热网络结构,本文采用了允许公用工程内置的无分流分级超结构模型。基于布谷鸟搜索算法,通过设置最小换热量阀值及以较小概率接受较差结构来指导换热网络结构进化,建立适用于求解换热网络综合问题的优化算法,并对特殊算例的优化结果进行分析。本文列举3个特殊算例,具有热流体的初始温度高于热公用工程的入口温度或热公用工程的进出口温差较大的特征,改进的布谷鸟搜索算法能够搜索到带有内部公用工程的换热网络结构,且年综合费用得到明显下降。结果表明:对于特殊算例,公用工程内置能够优化换热网络的热量分布,节约换热器面积,有效降低换热网络的年综合费用。