基于非逆流传热的热交换网络系统的3E优化

摘要

考虑非逆流传热对换热设备传热温差、壳数和面积的影响,对包含非逆流换热设备的热交换网络系统进行优化设计.基于非等温混合分流分级超结构,采用能源、经济和环境(3E)综合评价指标,引入温差修正系数,建立了热交换网络多目标混合整数非线性规划(MO-MINLP)模型,并基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)提出了系统性的求解策略和求解方法.应用案例研究表明,涉及非逆流传热的热交换网络,其优化设计结果与基于纯逆流换热假设的设计结果有很大区别,且仅对基于纯逆流换热假设的设计结果进行修正并不能得到最优解,必须在建模中考虑温差修正效应的影响,从而保证设计结果的优化性、可靠性和实用性;3E评价反映了热交换网络系统在经济、能耗和环境影响之间的权衡和约束关系,使系统的设计更加实际,同时多目标的优化方法不但可以获得与单目标经济优化相当的最经济的结果,而且提供了多样性的优化解集供选择,提高了设计的灵活性,可以满足不同的设计需求.