基于改进量子粒子群算法的无分流换热网络综合

用数学规划法求解换热网络优化问题,当换热网络模型考虑所有分流情况时,会包含大量的连续和离散优化变量,因此对大规模换热网络的优化求解非常困难。相比有分流模型,无分流的网络模型结构简单,变量少,求解难度低。本文以分级超结构模型为基础,建立了无分流换热网络模型,以年综合费用为优化目标,提出用单层改进量子粒子群算法综合无分流换热网络,即在生成无分流换热网络结构变量的同时,生成换热负荷变量。相比有分流同步综合模型,不考虑分流的同步综合模型的复杂度和求解时间显著降低。采用两个典型算例对该方法的有效性进行了验证。     

模式搜索法实现换热网络同步最优综合

在Grossmann换热网络分级超结构的基础上,建立了用于描述换热网络的无分流两级分级超结构模型,通过对换热网络设计的3个目标(换热设备单元数、换热面积、公用工程)进行同步考虑,将模式搜索法应用到换热网络的最优综合中,建立了求解换热网络最优综合问题的数学模型.计算结果表明,模式搜索算法不可行解的剔除策略能明显提高换热网络优化的质量和效率.     

STUDY ON THE SIMULTANEOUS OPTIMIZATION SUPERSTRUC_ TURE MODEL FOR HEAT EXCHANGER NETWORK SYNTHESIS *

提出了一种新的基于专家系统的无分流换热器网络超结构模型,建立了换热器网络同步优化的数学模型,通过求解该模型能自动地获得换热网络的最优结构．通过示例说明了本文提出的超结构模型的有效性．     

换热网络非等温混合多目标同步最优综合

提出了一个非等温混合同步最优综合的混合整数非线性规划改进模型，可对公用工程费用、换热面积、换热设备台数以及流股的匹配选择进行多目标同时优化，且模型本身不依赖于夹点技术及其网络温差。由于采用了新算法，消除了流股分流时的等温混合线性化假设，只需求解一次混合整数非线性规划问题可得到包括分流情况在内的最优网络结果。     

大规模无分流换热网络最优综合的模型与算法

提出了大规模无分流换热网络最优综合问题的严格的混合整数非线性规划超结构模型,该模型建立在新的超结构基础上,可包含更多可行的换热网的结构,并成功地解决了“组合爆炸”问题。同时针对该模型提出了改进的遗传算法。文中给出了大规模换热网络综合的一个工业实例;乙烯装置的换热网络改造。     

MODEL AND ALGORITHM FOR OPTIMAL SYNTHESIS OF LARGE SCALE HEAT EXCHANGER NETWORKS WITHOUT STREAM SPLITTING

提出了大规模无分流换热网络最优综合问题（流股数超过５０股）的严格的混合整数非线性规划（ＭＩＮＬＰ）超结构模型．该模型建立在新的超结构基础上，可包含更多可行的换热网络结构，并成功地解决了“组合爆炸”问题．同时针对该模型提出了改进的遗传算法．文中给出了大规模换热网络综合的一个工业实例：乙烯装置的换热网络改造     

基于粒子群算法的3种分级水网络超结构比较

根据换热网络分级超结构模型，提出了针对冷却水换热网络的3种改进换热模型.与传统的分级结构不同之处在于水网络不需要公用工程的设计，冷流只包括冷却水.并且3种设计方法均考虑了水的分流和汇流，实现了水的非等温混合.结构二和结构三可以实现换热器中水的分阶段混合.通过权衡公用工程费用和投资费用的关系来确定最小年度总成本.使用粒子群算法优化了换热水网络中的热负荷和水的质量流量.通过两个案例可知，提出的3种改进结构费用低于前人的研究结果，案例1中结构3的费用最低，案例2中结构1的经济性最优.     

群智优化算法同步综合换热网络

提出了一种同步综合换热网络的群智优化方法。采用超结构建立换热网络模型,以不同的换热网络结构为演化个体,个体的各维分别表示各换热器的换热量,以最小总费用为优化目标,同步考虑投资和运行费用,采用遗传算法优化网络结构、粒子群算法优化换热量。避免了传统方法的复杂计算,解决了各换热器的换热量受到换热条件约束并相互制约等设计的难题,提高了设计的速度和设计的智能性。仿真研究验证了方法的有效性。     

换热器网络综合的同步优化超结构模型的研究

提出了一种新的基于专家系统的无分流换热器网络超结构模型,建立了换热器网络同步优化的数学模型,通过求解该型自自动地获得热网络的最优结构,通过示例说明了本文提出的超结构模型的有效性。     

遗传算法最优同步综合换热网络

换热网络综合作为过程系统综合的一个重要研究分支，目前已经开发出多种综合方法。为克服这些方法存在的局限性，采用遗传算法，对无分流换热网络综合问题提出改进的优化模型及优化策略。该方法不仅能够自动、迅速地得到换热网络的结构与参数，而且具有获得全局最优解的能力。最后通过实例说明本方法的有效性。     

用改进的遗传算法进行多流股换热器网络综合

建立了有分流情况下换热器网络综合的教学模型,该模型改进了文献中等温混合的不合理假设,有分流情况下的换热器网络综合问题本质上是一个混合整数非线性规划(MINLP)问题。这类问题的非凸非线性特性使得目标函数存在多个局部最优解,传统的基于梯度的搜索方法在处理这类问题时由于计算规模庞大且极易陷于局部最优解而不再适用,因此对遗传算法进行多流股换热器网络综合的方法进行了研究,最后通过例题证明了方法的有效性。     

换热网络优化影响因素分析及局部最优解的跳出策略

在换热网络分级超结构的基础上提出了换热网络优化数学模型,对其用惩罚函数法去约束后通过算例分析其非线性,明确了优化起始点冷热流体的匹配方式以及换热器的面积是影响求解效果与效率的两个关键因素.同时提出了一种基于蒙特卡罗法结合多起点面积法的局部最优解跳出策略,并用算例验证表明,该策略能有效地跳出局部最优解,得到全局最优解.     

一种分级超结构换热器网络综合优化方法及其应用

对分级超结构换热器网络模型的温度计算提出了一种通用的精确解方法,同时得到了显式解析解,并以这一解析解为基础,设计了以遗传算法和模拟退火算法为主,结合最速下降法的混合遗传算法,此外还在算法中引进精英策略和结构变异策略.应用实例的计算结果显示了这一混合遗传算法对于换热器网络的参数和结构都具有良好的搜索能力.     

单组分体系质量交换网络和换热网络同步综合

为实现单组份体系质量交换网络(mass exchanger network,MEN)和换热网络(heat exchanger network,HEN)同步综合,提出一种新的综合方法,并针对过程系统中质量交换网络和换热网络耦合关系强、连接参数(传质温度)作为优化变量在两网络同步优化时难度大的问题提出了解决方案。采用质量夹点法综合质量交换网络、虚拟温焓图法综合换热网络来构造总网络数学模型,并通过提出连接参数与总网络同时优化的策略,实现质量和换热总网络(com-bined mass and heat exchanger network,CM&HEN)全局同步优化。采用实例对所提方法进行验证,结果表明:该方法所需的年度总费用更低,说明该方法不仅能够实现同步综合,而且能获得更优解。     

微机合成工业规模换热网络的新方法

分析了采用双最小换热温差合成换热网络的原理。基于允许能量穿越伪Pinch点进行冷热流股匹配而不会招致外供能量的增加,把网络作为一个整体进行合成,从而可减少换热单元个数和避免不必要的分流。本文提出了一种设计成本最低换热网络的计算机自动合成方法,能对工业规模的换热网络进行自动合成。实例研究表明,用新方法合成的网络,结构简洁,且其年总花费比用Pinch法得到的结果更接近预估目标值。