摘要：换热网络综合属于混合整数非线性规划问题,具有严重的非凸、非线性特性。为探讨某些换热网络算例可能存在内部公用工程且年综合费用极低的特殊换热网络结构,本文采用了允许公用工程内置的无分流分级超结构模型。基于布谷鸟搜索算法,通过设置最小换热量阀值及以较小概率接受较差结构来指导换热网络结构进化,建立适用于求解换热网络综合问题的优化算法,并对特殊算例的优化结果进行分析。本文列举3个特殊算例,具有热流体的初始温度高于热公用工程的入口温度或热公用工程的进出口温差较大的特征,改进的布谷鸟搜索算法能够搜索到带有内部公用工程的换热网络结构,且年综合费用得到明显下降。结果表明:对于特殊算例,公用工程内置能够优化换热网络的热量分布,节约换热器面积,有效降低换热网络的年综合费用。

摘要：针对确定性方法应用于换热网络全局热集成时易陷入局部极值的问题,采用乘子法建立辅助函数,将原来的换热网络有约束问题转化为无约束问题,在此基础上提出了基于牛顿法的极大、极小值交替优化算法应用于换热网络优化。该算法通过优化进程中极大值、极小值的交替计算,不断跳出当前的局部极小值并继续通过局部优化方法求解新一轮的局部极小值,从而实现换热网络的全局热集成。同时提出防止"回跳"策略,避免该算法计算过程中在某个区域重复优化的问题。将算法应用于两个经典换热网络实例,取得了较好的结果,验证了极大、极小值交替优化算法能够有效地改善确定性方法易陷入局部极值的问题,具有较强的全局搜索能力,使优化质量较文献得到了进一步提升。

摘要：换热网络问题严重的非凸、非线性使从数学角度发现此类问题的全局最优解变得十分困难。鉴于此,本文以场协同理论为基础,建立了一种从温差场均匀性角度描述换热网络结构性能的评价因子,以期简化换热网络综合过程,获得高效的换热网络结构。首先以单体换热器的温差均匀性因子为基础,比拟出适用于换热网络的温差均匀性因子,称之为换热网络性能评价因子。继之,选择3个不同的算例,在固定结构和固定面积两个角度下分析了评价因子的有效性。最后,计算结果表明:提出的基于权重的换热网络温差均匀性因子与网络结构的总换热量之间能够形成明显的对应关系,可以准确地描述换热网络结构性能。简而言之,温差均匀性因子的值越小,对应换热网络结构的性能越好。

摘要：针对换热网络综合问题的严重非凸、非线性,采用一种混沌优化算法即混沌蚁群算法,同步综合换热网络。为充分验证混沌蚁群算法的搜索能力与特性,选择相对于固定结构更为复杂的小规模换热网络综合问题作为研究对象。同时引入Powell法作为局部搜索策略,提高算法的求解精度。选用3个小规模算例对算法进行验证,均获得了相对文献更好的换热网络设计,证明了混沌蚁群算法优越的搜索能力。

摘要：针对强制进化随机游走算法(RWCE)优化换热网络时后期进化缓慢的不足,提出一种采用单元进化限制策略的改进RWCE算法(RS-RWCE)优化换热网络.通过限制每次迭代个体中参与进化的换热单元数,在保持进化前期年综合费用收敛速度较快的同时,保证进化后期的精细搜索能力.通过对两个经典算例的比较验证,证明改进后的算法应用于换热网络优化问题时兼顾了整型变量与连续变量的优化,使计算效率和精度均得到提高,同时获得了较好的换热网络优化结果.

摘要：针对粒子群算法优化后期容易出现早熟收敛问题,建立一种具有种群多样性监测和实时更新策略的改进方法.首先建立种群健康度指标用来评价粒子群进化状态;其次提出随机扰动策略和离心搜索策略用于丰富粒子群的种群多样性,增强算法的全局搜索能力,并提出梯度搜索策略用于精确、高效地搜寻当前邻域内的局部极值点,提高算法的计算效率.最后建立种群健康度反馈机制,使粒子可以实时感知种群的健康程度,并自适应地采用不同的粒子更新策略,保证粒子群处于健康进化水平.将新方法应用于优化实例,并与其它改进方法进行性能比较,结果验证了新方法的有效性.

摘要：为提高并流蓄热式双膛石灰窑生产中石灰石的活性和降低能耗。以200 t/d的双膛石灰窑为研究对象,对采用自定义函数和自定义标量方程编译的局部非热平衡模型和石灰石化学反应模型添加前后的燃料、CO2、O2的质量分数分布及温度分布做了对比分析。结果表明:添加前后的燃料、O2和CO2质量分数分布趋势一致,添加前燃料和O2的质量分数比添加后高,CO2质量分数比添加后低;添加后煅烧带烟气温度分布为1 188~1 612 K,石灰石固体颗粒的温度为1 107~1 398 K,符合设计煅烧温度范围1 123~1 423 K;出口排烟和出料的模拟平均温度与同工况实测值相比,误差在15%以内;石灰窑煅烧窑体的预热带、煅烧带和冷却带的分布高度分别为3.5、6和4.5 m,与设计值基本吻合;添加后获得了设计工况下煅烧窑体中的碳酸钙累积分解率分布图,出窑时的分解率为0.961 5。

摘要：针对换热网络综合混合整数非线性规划问题,提出布谷鸟搜索算法同步综合换热网络,并针对其不能有效处理换热网络结构进化问题进行改进。引入改进步长控制向量,设置最小热负荷,以一定概率接受差解三种整型变量优化策略,布谷鸟搜索算法能够同时优化整型变量和连续型变量从而实现换热网络最优化;同时改进新鸟巢的建立机制,实现鸟巢自我进化与信息交换的平衡,使算法更具全局搜索性能。通过验证两个基准算例,与文献中采用的遗传算法、模拟退火算法、微分进化等其它算法相比,改进的布谷鸟搜索算法能够获得年综合费用更低的换热网络设计方案。结果表明,改进的布谷鸟搜索算法具有较高的搜索效率和全局收敛精度,能够高效求解中小型甚至大型换热网络问题。

摘要：传统换热网络分级超结构模型(SWS)只允许公用工程布置在流股末端,限制了网络结构的灵活发展.提出一种公用工程内置策略,允许公用工程布置在结构内部的各流股分支上.采用具有结构保护策略的强制进化随机游走算法(SP-RWCE).并提出一种伪最优解生成策略,通过扩大长期未更新个体的年综合费用,促使有潜力的伪最优解产生并接受保护和开发.三个基准算例的优化结果均优于文献最优解,且均包含内部公用工程.表明改进SWS相比原SWS模型扩大了求解空间,改进SP-RWCE具有更强的搜索能力,验证了布置内部公用工程能有效减少换热面积.

摘要：为提高强制进化随机游走算法的优化效率和通用性,提出多个体平行搜索法:将原种群划分成多个平行个体,每个个体独立设置算法中主要的控制参数;同时,结合单因素轮换法,轮换改变各单一参数,以考察各参数对优化进程的影响,最终找到最优参数匹配并应用到后续的整体优化中。采用16SP和20SP算例检验该方法的有效性,较最新的文献结果分别降低了14 169$/a和17 023$/a,该方法在能够得到各个算例适合控制参数的同时,提高了优化效率。