基于非线性温焓关系的换热网络综合优化

摘要

作为过程工业系统的重要子系统，换热网络也是重要的能量回收系统，其设计水平决定了过程工业的能耗和经济性。因此，换热网络综合逐渐成为研究的热点问题，而现有的综合方法都存在一定的缺陷和局限性，需要进一步开展研究。
　　换热网络综合方法主要分为分步综合法和同步综合法两种，分布综合法以夹点设计法为代表，同步综合法则以数学规划法为代表。以往的换热网络综合研究大多假定流体的热容流率为定值，实际上，流体的热容流率是温度的函数，即流体的温焓关系呈非线性。本文从流体的非线性温焓关系出发，分别使用夹点设计法和基于遗传算法的数学规划法进行换热网络综合优化，主要工作如下:
　　1.在以往工作的基础上，考虑了流体非线性温焓关系的另外两种情况，完善了基于非线性温焓关系的换热网络夹点设计法，系统地论述了非线性温焓关系对于换热网络综合的夹点温度和能量目标的影响。
　　2.建立了基于非线性温焓关系的换热网络超结构模型，在有分流的分级超结构模型的基础上，考虑了流体的非线性温焓关系，去除了等温混合的假设，并运用遗传算法进行换热网络综合优化，其结果更加符合工程实际。
　　3.基于MATLAB GUI界面设计平台，在课题组自主开发的换热网络综合软件HenDesign的基础上，开发了基于非线性温焓关系的换热网络夹点法模块和遗传算法模块，并结合案例介绍了这两个模块的具体功能和操作步骤，为后续研究提供了方便的工具。
　　4.运用遗传算法对两个具有非线性温焓关系的换热网络综合案例进行了研究，将其结果与假定热容流率恒定的情况进行对比，说明了在换热网络综合优化中流体非线性温焓关系的影响以及考虑流体非线性温焓关系的必要性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 换热网络综合现状与进展

1．2．1 分步综合法

1．2．2 同步综合法

1．2．3 随机性算法

1．3 基于非线性温焓关系的换热网络综合进展

1．4 研究内容

1．5 论文创新点

第2章 基于非线性温焓关系的换热网络夹点法研究

2．1 概述

2．2 流体非线性温焓关系存在的两种情况

2．3 基于非线性温焓关系的夹点法

2．4 案例分析

2．4．1 热亏缺区间的局部热盈余

2．4．2 热盈余区间的局部热亏缺

2．5 本章小结

第3章 基于非线性温焓关系的换热网络遗传算法

3．1 换热网络超结构模型

3．2 非线性换热网络超结构

3．2．1 建立超结构模型

3．2．2 约束条件

3．2．3 目标函数

3．3 求解策略

3．4 求解非线性换热网络的遗传算法理论及基本操作

3．4．1 遗传算法基本原理

3．4．2 遗传算法基本流程

3．5 遗传算法优化非线性温焓换热网络的具体流程

3．6 本章小结

第4章 基于MATLAB GUI的换热网络综合优化软件设计

4．1 概述

4．2 软件的总体功能

4．3 具体功能设计

4．3．1 非线性夹点法模块

4．3．2 非线性遗传算法模块

4．3 本章小结

第5章 应用案例

5．1 案例一

5．1．1 问题描述(2×2网络)

5．1．2 运用非线性温焓遗传算法进行换热网络综合

5．1．3 非线性温焓遗传算法与线性温焓遗传算法对比

5．2 案例二

5．2．1 问题描述(5×4网络)

5．2．2 运用非线性温焓遗传算法对换热网络综合

5．2．3 非线性温焓遗传算法与线性温焓遗传算法对比

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

符号说明

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果