不可逆往复式Brayton循环性能分析与优化：(2)多目标优化

在第(1)部分导出循环功率密度表达式的基础上,应用NSGA-Ⅱ算法,以循环压缩比为优化变量,引入功率、热效率、功率密度和生态学函数为目标函数,对不可逆往复式Brayton循环进行不同目标组合的单、双、三和四目标优化,并比较了LINMAP、TOPSIS和Shannon Entropy 3种决策方式下多目标优化的结果。结果显示,多目标优化得到的偏差指数小于单目标优化得到的偏差指数,当以■、■和■或■和■为优化目标时,采用TOPSIS决策方式得到的偏差指数为0.130 9;当以■和η为优化目标时,采用LINMAP决策方式得到的偏差指数为0.130 9。这3种优化方案得到的结果偏差远小于单目标优化得到的结果偏差,其设计方案更接近于理想方案。研究结果可为实际热机优化提供参考。     

具有非理想气体工质的往复式Brayton循环多目标优化

基于前人建立的不可逆往复式Brayton循环模型,在考虑多种不可逆损失项和非理想气体比热模型的情况下,以压缩比为优化变量,对无因次功率、效率、无因次生态学函数和无因次功率密度进行性能分析与多目标优化,并通过比较3种决策方式得到的的偏差指数,获得优化方案。结果表明：在进行单目标分析时,四个目标函数性能指数会随着不可逆损失项系数的增大而减小;多目标优化结果相比单目标优化更优,其设计方案更理想。     

基于TOPSIS的火电机组负荷优化分配

为了使火电机组能够适应新的环保形势和能源发展要求,定义了机组经济性、环保性、快速性这3个目标,并分别建立了各自目标下的最优负荷分配模型。联合应用NSGAⅡ方法和TOPSIS理论对该问题进行求解,得到了待决策的非支配解集合。文中给出了4台机组的负荷优化分配算例,仿真结果验证了模型的合理性,与AGC指令直调法相比,机组污染物排放量降低了53.43 t/h,调节时间降低了1.569 min,证明本文方法不仅能够保证负荷分配的经济性,在环保性和快速性方面有更明显的优化效果。最后讨论了3个目标取不同权值时负荷分配方案的区别,证明了基于TOPSIS的多目标机组负荷分配方案的确定依赖于3个目标在决策中所占的重要程度。     

热管式定风量换气节能装置的设计及性能分析

主要研究了兼顾火电机组经济性与环保性的负荷优化分配算法,建立了考虑阀点效应的多目标负荷分配模型。应用自主编写的算法,获得了待决策的非支配解集合(Pareto front,PF),其中算法的核心操作是多目标融合、剔除同一层相近个体、保留不同层差异个体。给出了6台机组的负荷优化分配算例,仿真结果验证了模型的合理性,并表明方法可以进一步减少火电机组煤耗成本和污染物排放量。结合逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to an ideel solution,TOPSIS),讨论了不同目标权重下负荷分配方案的区别,证明了基于TOPSIS的多目标负荷分配方案的确定依赖于各自目标在决策中所占的重要程度。     

内可逆闭式布雷顿循环的功率密度优化

以功率密度——循环输出功率与最大比容之比——作为优化目标。用有限时间热力学方法 ,对恒温热源条件下内可逆闭式燃气轮机循环的高、低温侧换热器的热导率分配进行了优化。由数值算例给出了循环的一些主要特征参数对热导率最优分配和最大功率密度的影响 ,以及功率密度最大时的最佳热导率分配与最佳压比之间的对应关系。     

包含多变过程的内可逆Lenoir循环性能分析与优化

应用有限时间热力学理论分析包含多变过程的内可逆Lenoir循环,分别讨论给定换热器热导率和换热器热导率分配变化两种情况.在给定换热器热导率时,在功率效率关系图上退化为一个点.在换热器热导率分配变化时,得出循环功率和效率与热导率分配的特性关系以及最大功率和最佳热导率分配与多变指数的特性关系,对Lenoir热机的设计与优化有一定的理论指导作用.     

变温热源内可逆中冷回热布雷顿循环功率密度优化

以功率密度为目标,用有限时间热力学的方法,通过数值计算,对变温热源条件下的内可逆中冷回热布雷顿循环的高、低温侧换热器的热导率分配和中间压比、循环总压比和工质与热源间的热容率匹配进行优化。分别得到了最大功率密度、双重最大功率密度和三重最大功率密度,并分析了热力学参数对高低温侧换热器的热导率最优分配、最佳中间压比、最大功率密度和双重最大功率密度的影响。     

TOPSIS方法应用中若干问题的探讨

应用效用函数理论分析了常用TOPSIS函数,从无差异曲线和边际替换率角度获得无差异曲面为平面族和超球面族两种基本TOPSIS价值函数,基于"差异驱动"原理建立了两类四种评价模型,提出了基于加速遗传算法的优化求解客观权重方法,并将其应用于丰满水库防洪调度决策中,在验证方法有效性的同时比较了不同偏好TOPSIS函数和不同权重确定方法对TOPSIS法的影响。结果表明,该方法更能体现经典的理想点法思想,TOPSIS函数在评价时对评价结果影响明显,但权重对评价结果的影响较大。     

自然工质两级喷射器组合中间压力分配

建立了两级喷射制冷系统和两级喷射器组合的性能分析模型。以水、氨、R290、R600a为工质,研究了两级喷射器组合中间压力分配比与喷射系数的关系,当第一级和第二级喷射器的喷射系数相近时出现使总喷射系数最大的中间压力最佳分配比。探讨了不同工况下最佳分配比与总压缩比和膨胀比之间的关系。膨胀比一定时,最佳分配比随总压缩比的增大先增大,然后减小,最后又逐渐增大;膨胀比对最佳分配比也有一定影响,但与总压缩比的取值区间相关联。绝热指数是影响最佳分配比的重要因素,对处于相同最佳分配比工况的不同工质,绝热指数越大则所需的总压缩比也越大。提出了两级喷射器组合中各级喷射器结构选择方法。     

变温热源条件下内可逆闭式中冷回热布雷顿循环的功率优化

计入工质与高低浊侧换热器、回热器和中冷器的热阻损失以功率为优化目标，借助数值计算，研究了变温热源条件下内可逆闭式中冷回热布雷顿循环输出功率最大时，高低温侧换热器、回热器和中冷器的热导率分配以及中间压比与总压比的关系；分析了工质与热源间的热容率匹配对双重最大功率的影响。     

基于分析的不可逆变温热源四温位吸收式热变换器循环生态学性能

基于分析的观点,建立变温热源、不可逆、四温位吸收式热变换器的生态学目标,导出其生态学目标、泵热系数、泵热率和基本特性参数的一般关系式。该模型考虑热源热容量有限、热源与环境间的热漏、内部工质循环的不可逆以及热源与循环工质间的传热热阻。给出热导率和传热面积优化分配后循环的生态学性能,并进一步分析基于能量分析的生态学目标和基于分析的生态学目标性能的区别。     

控制单元农业面源污染负荷总量分配方法

水污染物总量分配是水污染物总量控制的核心,以公平性、可行性、环境有效性为原则,优化分配指标体系,以变异系数TOPSIS法、熵权TOPSIS法和评价值组合赋权法为赋权方法,构建了基于控制单元空间尺度的、针对面源污染年排放负荷的多层分配目标规划模型。运用该模型对州河流域的COD污染物进行总量分配,并基于基尼系数法筛选出兼顾公平性与可行性的最优分配方案。     

不可逆回热式变温热源空气制冷机的利润率优化

用有限时间经济分析法,考虑换热器、压缩机和膨胀机的不可逆性,研究变温热源条件下回热式不可逆空气制冷机的最优性能,导出利润率解析式。用数值算例分析利润率与压比的关系,优化循环中换热器和回热器的热导率分配及工质与热源间的热容率匹配,分析总热导率、压缩机和膨胀机的效率等参数对利润率与热导率分配、热容率匹配关系的影响。通过价格比,将利润率目标与制冷率、熵产率及生态学目标建立联系。     

高炉余能余热驱动ICR Brayton CHP装置的(火用)性能优化

采用有限时间热力学的思想,建立了高炉余能余热驱动的变温热源不可逆中冷回热(ICR)布雷顿热电联产(CHP)装置模型.以(火用)输出率和炯效率为目标优化了装置的性能,发现回热器对炯性能的影响在所有换热器中是最小的,当给定回热器热导率分配时,分别存在两个最佳的中间压比和两组最佳的高、低温侧和热用户侧换热器以及中冷器的热导率分配使炯输出率和炯效率取得最大值.进一步优化总压比,得到了双重最大(火用)输出率和炯效率.增大高炉余热源入口温度、压力恢复系数、压气机和涡轮机效率有利于提高装置的炯性能,在一定范围内,热用户温度越高越好.最后发现分别存在最佳的工质与热源间的热容率匹配使(火用)输出率和(火用)效率取得三重最大值.     

中冷回热燃气轮机循环换热器热导率最优分配——生态学性能优化

用有限时间热力学方法优化恒温热源条件下闭式中冷回热燃气轮机循环的生态学性能,计入工质与高低温侧换热器、回热器以及中冷器之间的热阻损失、压气机内不可逆压缩和涡轮内部不可逆膨胀损失,导出了循环生态学函数解析式,通过数值计算优化各换热器热导率分配以及中间压比和总压比,得到了循环最优生态学性能.     

传热规律、热漏和内不可逆性对吸收式热泵循环性能的影响

建立了考虑泵热空间到环境热源的热漏、工质循环的内部不可逆性以及工质与热源之间传热Q∝△(T^a)服从传热规律时的不可逆四热源吸收式热泵循环模型,导出了循环泵热率和泵热系数的一般关系;并导出了线性唯象传热定律时循环泵热率和泵热系数的基本优化关系、性能极值、循环中工质的最佳工作温度和换热器传热面积的最佳分配关系;通过数值耸例分析了传热规律、热漏和内不可逆性对循环性能的影响规律,比较了传热面积最优分配前后循环的最优性能。     

内可逆空气制冷机性能的生态学优化

基于[火用]分析的观点，运用有限时间热力学方法对内可逆空气制冷机进行生态学优化，导出了换热器热导最优分配时的最佳制冷功率、熵产率以及生态学（E）目标函数的解析式，进一步求得最大E目标值时的工质等熵温比（压比）界限及相应的制冷系数、制冷功率和熵产率；采用数值计算分析了热源温比、换热器总热导以及高温热源温度和环境温度之比对该制冷机生态学最优性能的影响。结果表明：生态学目标函数不仅反映了[火用]输出率和熵产率之间的最佳折衷，而且也反映了制冷功率和制冷系数之间的最佳折衷。     

基于NSGA-Ⅱ算法的VM循环热泵多目标优化分析

以系统性能COP和效率ηe作为综合优化目标函数,选取热源温度、循环平均压力、冷热腔容积比和转速作为决策变量。在决策变量的约束条件内,采用Matlab软件和NSGA-Ⅱ算法,得到Pareto最优前端,利用TOPSIS优选方法优选COP和效率ηe综合指标最佳的工况。对于以上4个决策变量,热源温度对目标函数的影响最大,冷热腔容积比与转速影响相对较小,循环平均压力的影响最小。因此在实际运行中,应首先保证热源温度恒定。     

槽式太阳能热发电站的模拟优化

通过SAM(System Advisor Model)软件,在中国4个地区模拟建设槽式太阳能热发电站进行研究。经过模拟分析,在该文所设定的槽式太阳能系统参数下,拉萨市槽式电站性能最好,对该地区3种不同集热蓄热工质组合的80 MW槽式电站做进一步模拟优化和对比分析,分别以年发电量、年发电效率和平准化电度成本(LCOE)为优化目标,得到不同槽式电站的最佳太阳倍数和蓄热时长;对导热油-太阳盐(Solar Salt)槽式电站,进一步模拟其蓄热系统的不同调度方案和集热工质的不同出口温度对电站的年发电量和镜场吸热效率等性能参数的影响,通过对比分析,得出集热蓄热工质均为低熔点四元盐的槽式电站的各项性能参数最为理想。     

有机工质低温余热发电系统多目标优化设计

针对现有有机朗肯循环单目标优化设计的局限性,从热力性、经济性等多方面对有机工质低温余热发电系统进行多目标优化设计.以系统效率最大和总投资费用最小为目标函数,选取透平进口温度、透平进口压力、余热锅炉节点温差、接近点温差和冷凝器端差等5个关键热力参数作为决策变量,利用非支配解排序遗传算法(NSGA-II)分别对采用R123、R245fa和异丁烷的有机工质余热发电系统进行多目标优化,获得不同工质的多目标优化的最优解集(Pareto最优前沿),并采用理想点辅助法从最优解集中选择出最优解及相应的系统最佳热力参数组合.结果表明:在给定余热条件下,从热力性能和经济性两方面考虑,R245fa是最优的有机工质,从多目标优化的最优解集中选择出的最佳效率为10.37%,最小总投资费用为455.84万元.