基于可拓Petri网的混合可再生能源烘干设备的设计

摘要

物料烘干是一个巨大的耗能过程，传统的烘干方式需要消耗大量的煤炭、汽油等石化能源，给环境造成严重的污染。另一方面，我国的能源紧缺问题也越来越严峻。为了解决烘干领域所面临的困境，本文设计出了一种综合利用太阳能、空气能等可再生能源、以电能为辅助应急能源的混合可再生能源烘干设备（Hybrid Renewable Energy Drier, HRED）,并应用可拓Petri网（Extension Petri-net, EPN）建模方法建立HRED的系统模型。具体研究内容如下：
　　（1）提出了EPN及其表达方法，用来描述HRED的系统结构，建立HRED的能量流功能模型。基于EPN的HRED设计过程，实际上是一种由能量流模型驱动的产品可拓创新设计过程。
　　（2）研究了EPN能量流功能模型的求解方法，即HRED的功能结构映射方法。由于HRED的设计信息均采用基元形式来表达，使得可拓学方法能够应用于HRED的结构方案设计过程。另外，Petri网本身对具有“流关系”的系统具有很好的描述能力，因此EPN也能够恰当地描述HRED系统。
　　（3）结合蚁群算法与EPN评价模型，对所得到的HRED结构设计方案进行评价优化。采用可拓学方法对EPN功能模型进行求解，会得到大量的结构设计方案，每个方案都具有不同的特征和属性，需要采用多目标优化算法来选择HRED的最优结构解。
　　（4）本文在可拓创新设计的每一个环节，都用实例验证EPN用来描述HRED系统的可行性和有效性，说明了EPN在对HRED建模方面具有独特的优势。
　　（5）最后用Polysun软件对所设计的混合可再生能源烘干设备进行了仿真。详细分析了系统的能量概况、系统效率以及经济性等关键问题。仿真结果说明了所设计的烘干机各项参数均满足设计要求。
　　本文提出的EPN拓展了Petri网的表达能力， EPN给可拓学方法提供了一种图形化的表达方法，使原本抽象的可拓变换过程变得形象具体，方便设计人员的交流，实现设计信息共享。

目录

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文结构框架

第二章 基于可拓Petri网的混合可再生能源系统建模方法

2.1 可拓Petri网

2.2能量流功能模型的EPN表达

2.3 可拓变换方法的EPN表示

2.3功能模型的分析计算

2.4 HRED的功能建模实例

2.5 本章小结

第三章 HRED方案设计中的功能求解

3.1 EPN结构模型

3.2 基于EPN的功能结构映射

3.3 HRED设计方案的求解步骤

3.4 HRED的设计方案求解实例

3.5 本章小结

第四章 基于蚁群算法的HRED设计方案优化

4.1 蚂蚁寻径原理

4.2 蚁群算法在设计方案优化中的应用

4.3 设计方案评价步骤

4.4 HRED的设计方案优化实例

4.5 本章小结

第五章 混合可再生能源烘干设备仿真实例

5.1 Polysun软件简介

5.2 系统仿真模型的建立

5.3 系统模拟结果分析

5.4 烘干系统寿命期内的总节能费用的计算

5.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

声明

致谢