换热网络多级综合模糊评价模型

在换热网络中考虑经济因素和工程质量因素,建立换热网络多级综合模糊评价模型.从而对换热网络做出评判.工程指标体系的权重系数和评价等级在研究过程中可以是虚拟的,但在实际的工程中,这些数据则应该由专门的评估专家来确定.     

换热网络的同步综合设计

提出了换热网络的一种新的转运模型,以并串模式和非等温混合过程描述换热网络的热力学和经济性的总要求,不使用挟点分离、最小单元数等启发式规则,并允许交叉换热和不同物流间的膜传热系数与温差合理匹配.这一模型与优化模型相结合,自动产生换热网络,确定相应的最优公用工程费用、换热面积、换热器台数与冷热流间的匹配,其可行域由一集线性约束确定,鲁棒性很好,易于求解.该方法克服了换热网络的各种分步骤综合方法的缺陷(包括挟点技术、双温差法及相关数学规划方法).与文献上其它同步优化方法比较,具有模型简单、规模小、可算性强、初始化简易、计算结果可靠的优点.通过对文献中广泛使用的例题的检验,结果优于现有的其它方法.     

棋盘模型在换热网络优化中的应用

针对复杂整数非线性的换热器网络综合和优化问题,文中应用换热网络流程模拟的棋盘模型及其相应的算法,建立了换热网络同步最优综合的数学模型,通过改变网络的结构次序的数学规划优化计算,以10SP1问题为例,获得了优于以往文献的最优换热网络结构。结果表明,文中应用棋盘算法建立的换热网络求解模型及其算法,具有简单、直观、灵活、易实现的特点,能够得到综合性能更优的网络结构。     

第二换热网络的应用

本文介绍了“第二换热网络”的技术原理、能量回收措施及其应用效果。     

粒子群算法最优同步综合换热网络

采用粒子群算法,对无分流换热网络综合问题提出改进的优化策略.运用超结构建立换热网络模型,以最小年度总费用为优化目标,按顺序求解思路优化换热器换热量.该算法比遗传算法简单,所需调节参数少,且不易陷入局部最优解,能迅速得到换热网络的结构与参数,具有获得全局最优解的能力.仿真研究验证了方法的有效性.     

基于动态机理模型的换热网络弹性分析方法

提出状态空间离散化的思想,建立换热器的动态机理模型,然后通过Simulink模块化连接的方法,对换热网络进行弹性分析。这种方案不但能充分考虑各换热器的面积、结构和位置,而且能准确反映各物流的流量、温度分别变化和同时变化时各换热器出口温度随时间的变化趋势和平稳后的温度,还提高了弹性分析准确度和解决了装置中存在控制器的问题。该方法采用模块化连接,应用和调整方便。     

智能法合成最优换热网络

本文给出了合成最优换热网络时物流匹配换热的规则,结合设计实践和生产经验制定出物流匹配换热的人工智能图表,给出了合成步骤.依此,不必反复迭代调优,而用解析的方法一次就可以合成最优或接近最优的换热网络.经过大量实例考核,取得了令人满意的结果.     

夹点理论及其在换热网络优化综合中的应用

本文阐述了夹点理论的基本原理,及其在换热网络优化综合中的应用。并利用一工业实例说明如何应用夹点技术进行现有换热网络的分析和改造设计。实践证明,应用夹点理论指导换热网络的综合会取得很好的经济效益。本文还简要说明了为发展夹点理论,作者及其同事们所完成的一些研究工作。     

换热网络非结构模型中交叉结构的分析

采用强制进化随机游走算法优化换热网络非结构模型时易出现换热单元匹配相互交叉的现象,即同一对冷热流体上一个换热单元的冷、热流股的出口温度同时等于另一换热单元冷、热流股入口温度。这种交叉结构在热力学上是不合理匹配,其在优化中相互制约,从而影响算法效率和求解质量。针对这一问题,提出了交叉结构的禁忌策略,禁止在优化过程中出现交叉结构。通过两个不同规模的算例验证提出的策略,得到的结果分别为1 415 994和5 233 287$×year~(-1),相同时间内比改进前分别减少了40 645和182 899$×year~(-1)。结果表明,非结构模型的交叉结构禁忌策略能够提高算法效率和优化质量。     

用T-Q图法进行换热网络最优综合

利用温焓图,以热力学第二定律为基础,考虑夹点问题,对换热网络进行最优综合。使用ＢｏｒｌａｎｄＣ＋ ＋ 面向对象程序设计方法,开发了ｗｉｎｄｏｗｓ 运行环境下的应用软件。     

指派问题的模糊数学方法求解研究及其启发

从指派问题的最优化实质出发,分析了指派问题匈牙利解法的管理意义,进而导出了若干有实用指导意义的指派原则。根据指派问题的现实特点进行扩展,建立了模糊效率矩阵,并按导出的指派原则结合模糊数学原理求解了该模糊效率矩阵。对指派问题模糊化求解的过程启发我们:管理问题的定量化处理意义,不仅在于能求出最优解,而且在于它同时含有丰富的管理指导意义。     

Heat exchanger network synthesis with detailed exchanger designs: Part 1. A discretized differential algebraic equation model for shell and tube heat exchanger design

A new method for the detailed design of shell and tube heat exchangers is presented through the formulation of coupled differential heat equations, along with algebraic equations for design variables. Heat exchanger design components (tube passes, baffles, and shells) are used to discretize the differential equations and are solved simultaneously with the algebraic design equations. The coupled differential algebraic equation (DAE) system is suitable for numerical optimization as it replaces the nonsmooth log mean temperature difference (LMTD) term. Discrete decisions regarding the number of shells, fluid allocation, tube sizes, and number of baffles are determined by solving an LMTD-based method iteratively. The resulting heat exchanger topology is then used to discretize the detailed DAE model, which is solved as a nonlinear programming model to obtain the detailed exchanger design by minimizing an economic objective function through varying the tube length. The DAE model also provides the stream temperature profiles inside the exchanger simultaneously with the detailed design. It is observed that the DAE model results are almost equal to the LMTD-based design model for one-shell heat exchangers with constant stream properties but shows significant differences when streams properties are allowed to vary with temperature or the number of shells are increased. The accuracy of the solutions and the required computational costs show that the model is well suited for solving heat exchanger network synthesis problems combined with detailed exchanger designs, which is demonstrated in Part 2 of the paper.