换热网络优化改进及最优控制的理论和方法研究

摘要

换热网络是能量回收的一个重要系统，灵敏度分析和弹性分析对换热网络的设计、优化改进及最优控制起着至关重要的作用。本文对换热网络的灵敏度分析和弹性分析进行深入系统的研究，建立灵敏度分析和弹性分析的理论方法和数学模型，以解决如何在最小程度上或以最少的投资对换热网络进行改造使网络拥有最优控制性能的优化问题。
　　本文根据灵敏度系数、灵敏度和弹性指数的定义，建立灵敏度系数、灵敏度分析及弹性分析的数学模型，模型可自动确定决策变量、状态变量及参数，给出求解方法。将建立的模型与换热网络流程模拟有机结合，对需要优化的换热网络，将原始数据通过数学模型进行初步计算，然后进行流程模拟，如果不符合设计要求可返回进行迭代计算，再流程模拟，重复过程直到满足要求。此方法规避了计算复杂的非线性规划问题，减小了计算量并提高了计算精度。
　　用Inter Visual Fortran语言对所建立的数学模型和求解方法编制计算机程序，通过程序的输出可以直接看到网络的变化并知晓如何优化网络。用工程实例进行考核，并将结果与经典的灵敏度分析和弹性分析的方法进行比较，得出年综合费用为30479美元，本方法与文献相比，费用小于其34376美元的年费用，同时本方法输入数据简单，即能节省运算时间，也能减少计算出错的几率。
　　将编制的程序嵌入“换热网络优化节能系统”软件中，构成灵敏度分析及弹性分析模块，完善了软件功能，使用灵活方便，使软件功能更加强大。

目录

摘要

前言

1 文献综述

1．1 引言

1．2 换热网络的发展

1．2．1 热力学方法

1．2．2 数学规划法

1．2．3 人工智能技术

1．3 换热网络优化技术及发展方向

1．4 课题的研究目的及内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

1．4．3 研究方案

1．5 研究创新点

2 换热网络灵敏度分析

2．1 引言

2．2 灵敏度系数及灵敏度的定义

2．3 数学模型的选取

2．3．1 过程方程的建立

2．3．2 决策变量、状态变量和参数变量的确定

2．4 灵敏度和灵敏度系数的计算

2．4．1 灵敏度系数矩阵

2．4．2 灵敏度系数求解

2．4．3 灵敏度的计算

2．5 灵敏度分析程序的建立

2．6 灵敏度分析程序的结构

2．6．1 数据文件的准备

2．6．2 程序功能

2．6．3 结果输出

2．7 灵敏度程序的实例计算与分析比较

2．7．1 灵敏度实例计算

2．7．2 与同类换热网络灵敏度分析方法比较

2．8 本章小结

3 换热网络弹性分析

3．1 引言

3．2 弹性指数的定义

3．3 数学模型的选取

3．3．1 过程方程的建立

3．3．2 决策变量、状态变量和参数的确定

3．3．3 变量变化范围的限定

3．4 弹性指数的计算

3．5 弹性分析程序的建立

3．6 弹性分析程序的结构

3．6．1 数据文件的准备

3．6．2 程序功能

3．6．3 结果输出

3．7 弹性分析程序的实例计算与分析比较

3．7．1 弹性分析实例计算

3．7．2 与同类换热网络弹性分析方法比较

3．8 本章小结

4 灵敏度分析和弹性分析程序与RCHEN软件的集成

4．1 程序的应用

4．2 分析程序在RCHEN软件平台的应用

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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