一种内部公用工程进化的换热网络优化策略

在换热网络优化问题中，采用内部公用工程代替换热温度交叉的不可行匹配能使优化得以继续，同时扩大求解空间，但可能因增加额外的固定投资费用而使其作为差解在进化过程中被接受下来，导致优化效率下降.鉴于此，首先分析内部公用工程对优化进程可能造成的负面影响，提出一种内部公用工程的进化策略，对于具有一对内部公用工程的结构，首先通过扩大其年综合费用以进行惩罚，从而降低其接受的概率，继之，针对仍被接受的内部公用工程结构，在每次迭代时均强制内部公用工程进行随机游走，合理调整其大小，从而改善结构性能.采用两个算例验证策略提升了算法优化效率.     

基于结构多样性评价的换热网络全局最优化

针对启发式方法在优化换热网络时由于个体团聚而出现搜索能力下降,建立一种换热网络结构多样性评价方法,对种群中个体结构团聚程度进行衡量,并指导算法改进.对种群进行集团划分,将一定数目的具有公共结构的个体归为一个集团,从而得到个体结构分布;提出分散搜索策略,对于各集团中除集团最优个体外的其它个体,从其公共结构中随机选择若干个换热器进行摄动以分散集团中的个体结构;提出集中搜索策略,通过使其它个体获得最优集团对应公共结构以加强对较优结构的集中开发;采用9股流与15股流两个算例,验证分散搜索策略增强了全局搜索能力,集中搜索策略增强了局部搜索能力,优化结果分别较原算法降低了7 008针对启发式方法在优化换热网络时由于个体团聚而出现搜索能力下降,建立一种换热网络结构多样性评价方法,对种群中个体结构团聚程度进行衡量,并指导算法改进.对种群进行集团划分,将一定数目的具有公共结构的个体归为一个集团,从而得到个体结构分布;提出分散搜索策略,对于各集团中除集团最优个体外的其它个体,从其公共结构中随机选择若干个换热器进行摄动以分散集团中的个体结构;提出集中搜索策略,通过使其它个体获得最优集团对应公共结构以加强对较优结构的集中开发;采用9股流与15股流两个算例,验证分散搜索策略增强了全局搜索能力,集中搜索策略增强了局部搜索能力,优化结果分别较原算法降低了7 008■·a~(-1)与17 973■·a~(-1)且均优于文献结果.     

基于公用工程内置策略的换热网络优化

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.     

基于小负荷换热单元保护的松弛策略优化换热网络

WCE算法优化换热网络时,固定投资费用的存在易造成小负荷换热单元难以产生和保留,使部分尚未完全进化的结构过早被淘汰。本文建立一种固定投资费用的松弛处理方法,将固定投资费用与换热单元热负荷进行因变处理,根据换热单元热负荷的大小实时调整优化过程中的松弛力度,引导并促进小负荷换热单元的顺利产生和进化,从而增强换热网络的结构进化能力。将松弛策略应用于9SP和15SP算例,验证松弛策略促进结构进化的有效性,提升优化质量,获得的最优结果(2 903 528 ＄ ·a^-1、5 115 061 ＄ ·a^-1)优于文献结果。     

复杂换热网络MINLP中的非线性特性分析

针对复杂换热网络MINLP问题,本文应用多维函数渐变法探索和分析了连续变量和整型变量引起的网络性能非线性和非凸特性。研究表明,当系统规模增大时,不但连续变量的叠加效应将增加系统的非线性,整型变量将使得非线性特性更为严重。     

双层微通道换热特性优化分析

为强化微通道换热器换热效果,建立了三维双层微通道换热器模型,通过优化分析计算得出微通道最佳设计尺寸。在底部热流密度qw=100W·cm-2时,最优占空比K=74%,下层通道高度Hc1=0.5mm,上层通道高度Hc2=0.9mm,其最高温度分布于受热面中部,最大温差比未经优化时降低20.37%。并对比了凹槽微通道与普通微通道的换热特性,结果表明,在入口速度大于3m/s时,凹槽微通道换热效果比普通微通道换热效果好。     

基于节点非结构模型的换热网络结构多样性分析及改进优化策略

强制进化随机游走算法优化换热网络过程中会出现个体结构相似现象,导致种群结构多样性下降,算法全局搜索能力不足,难以进一步优化换热网络结构.针对基于节点非结构模型的换热网络结构相似现象展开研究,制定两个评价指标衡量优化过程中个体结构相似水平,发现个体结构内相似换热单元数逐步增加,而相似换热单元的热负荷差距逐步减小,个体结构...     

换热网络中温度交叉结构的分析与处理

在以换热量作为待优化连续变量的换热网络优化问题中,流股匹配可能出现温度交叉,常以惩罚函数法处理存在温度交叉的不可行结构.然而,当采用强制进化随机游走算法时,由于其接受差解的变异操作,温度交叉结构可能以差解的形式被接受,对优化进程产生负面影响而降低优化效率.因此,首先分析换热网络中温度交叉结构的成因,接着分析该不可行结构对算法优化进程的消极作用,然后提出一种处理方法,当种群中个体随机游走到不可行域时,强制使其回到可行域内的原位重新优化,从而提升算法优化效率.     

应用固定投资费用松弛策略的换热网络优化

启发式算法优化有固定投资费用的换热网络时,由于存在整型变量而造成结构进化困难,提出固定投资费用松弛策略.对固定投资费用进行松弛处理实现对数学模型的简化,当换热器换热量很小时固定投资费用几乎为零,随着换热量的增大,固定投资费用以一定斜率逐步增大最终等于实际值.通过松弛强度系数控制变化斜率,在保证优化结果可靠性的基础上引导存在结构进化障碍的换热器生成或消去.对文献中两个算例的优化结果进行分析,考察不同松弛强度下对换热器生成、消去的作用.提出基于固定投资费用松弛策略的强制进化随机游走算法,并应用于换热网络实例.     

一种适用于复杂换热网络优化的耦合联动进化策略

针对启发式算法在优化换热网络后期由于种群多样性消失等原因造成难以找到使年综合费用进一步下降的进化方向,本文提出换热器耦合联动进化策略.该策略在一般启发式算法优化后期通过按一定概率分布抽取部分换热量不为零的换热器参与联动进化,以找到使费用下降的耦合匹配.算例验证表明,该策略效果明显.将该策略与RWCE算法相结合组成一种混合算法.首先采用RWCE算法对求解域进行初步探索,利用该算法强大的全局搜索能力找到求解域内各个潜力结构.然后再用耦合联动进化策略对各潜力结构进行深入搜索,搜索完成后再经变异反馈给RWCE算法.将该混合算法应用于10SP2和15SP算例,得到了较好的优化结果.     

导热优化:热耗散与最优导热系数场

本文讨论了通过重新布置场内的导热系数分布来强化热传导的导热优化问题。针对边界上传热量一定的任意几何区域的稳态导热,在全场的导热系数积分为定值的条件下,以最小热耗散作为目标,利用变分方法导出了导热优化的基本准则;导热系数与局部热流密度成正比。该准则指导下的导热优化过程可获得热耗散最小的导热系数分布。实例证明了该方法是有效且合理的。     

变物性对微通道内流动与传热的影响

分别采用入口物性、平均物性和变物性对Dh=0.333 mm、Re=101～1775的矩形微通道内层流流动与传热进行了三维流固耦合数值模拟.将不同方法下局部和平均流动与传热特性的计算结果与新近文献中的实验结果、常见关联式及近似理论解进行了对比分析.结果表明,与入口物性法相比,平均物性和变物性法均获得明显较低的fapp和较高的hz和Nuz.与平均物性法相比,变物性法在通道起始段具有更高的fapp Reave和较低的hz,而在后段具有较低的fapp Reave和较高的hz.Nuave的计算结果与Sieder-Tate关联式吻合良好,表明传统的宏观数学模型能够正确用于预测本文尺度和Re范围内微通道内的流动与传热特性.     

树型微通道网络在集成微电子冷却中的应用

本文通过数值求解三维的N-S方程以及能量守恒方程,研究了树型微通道网络热沉的温度分布特点,指出了常规树型网络结构在集成微电子冷却应用中的局限性,并通过详细的分析对其进行了局部改进.改进后的树型网络极大地提高了热沉的热性能同时还降低了压降.和平行微通道相比,改进后的树型微通道网络具有更小的压降,具有更小的热阻和更好的温度均匀性.因此具有很大的应用前景.     

不同布置形式百页窗翅片通道热力性能的试验研究

本文以空气为介质,对四组百页窗式翅片通道的传热特性和流动阻力进行了试验研究。四组试验件的几何尺寸相同,只是翅片上百页窗的开窗段不同,分别是３ｍｍ、 ６．５ ｍｍ、前３ｍｍ后 ６．５ ｍｍ及各组开窗段间距交替为 ３ ｍｍ与 ６．５ ｍｍ。传热试验得出的四种试验通道 Ｎｕ～ Ｒｅ关系相同,而阻力则以开窗段间距 ３ ｍｍ的为最低。     

水平管降膜蒸发器传热优化研究

基于分布参数方法,对大型制冷系统中的水平管外降膜蒸发进行了传热优化数值模拟计算.在计算中,分析了饱和的液态制冷剂R134a在水平的铜管束外流动蒸发的换热特性.模型考虑了不同的管子类型和2流程不同管程布置对蒸发器换热特性的影响,结果表明,蒸发器采用Turbo-EHP管的性能高于其它管;不同管程布置对蒸发器性能的影响比较大,其中,下进上出管程布置的换热性能优于其它管程布置.同时,本文考虑了传热管外"干斑"对换热的影响.本文结论对于大型制冷系统中的降膜蒸发器传热优化设计具有指导性意义.     

圆管内潜热型功能流体对流换热的实验研究

本文实验研究了由正十四烷和尿素甲醛树脂制成的相变微胶囊和水混合组成的潜热型功能流体流过等热流圆管时的对流换热特性。相变微胶囊的加入可以显著增强流体与壁面间的对流换热,显著降低壁面温度和流体温度;在融化段对流换热系数呈增加分布,流体和壁面温度各自基本稳定在相应的温度值。强化对流换热的效果主要在融化段,并随流体中相变微胶囊浓度的增大而增强,也随R-eynolds数的增大而增强。     

不同目的热优化目标函数:热量传递势容损耗与熵产

热量传递势容(势容)反映了物体的导热能力,在导热过程中势容有损耗,对应于势容损耗最小的导热过程效率最高,传热速率最大。熵反映了过程的不可逆性,在导热过程中熵有增加(熵产),对应于熵产最小的过程是系统做有用功的能力((?))损失最小的过程。以势容损耗和熵产为目标函数,分别对导热平板和圆形导热管进行了导热优化计算。以势容损耗作为目标函数的优化,要求沿传热方向温度的梯度为常数,结果是系统具有最大的导热能力。以熵产作为目标函数的优化,要求沿传热方向温度的自然对数的梯度为常数,结果是系统具有最小的(?)损耗。     

二级树状管路的优化分析

本文讨论了Y型二级管路分别在占地面积、体积以及占地面积、表面积约束下的最优管径比、最优管长比、最优分岔角度。优化方法采用拉格朗日乘子法和虚功原理方法。通过分析发现;最优树状管路的结构参数随约束条件和流动状态的变化而变化.这意味着对层流流动和湍流流动的情况,树状结构最优参数会表现出差异。本文的忧化结果为不同情况下的树状结构设计提供了基本参考。     

并行多处理机系统中的光纤互连网络的设计与实现

在并行多处理机系统中应用光纤互连网络完成处理单元之间的数据交换,可以极大地提高系统中数据通信的速率、带宽、抗干扰性和准确可靠性.本文详细阐述了并行多处理机系统的体系结构、实现方法、性能分析和实验结果.     

平行平面激光谐振腔图解分析及热焦距的测量

采用传播圆的方法分析了平行平面激光谐振腔,给出了激光谐振腔动态运行时热焦距测量的一种方法,并对实验系统的热焦距进行了测量,分析了这种方法的优缺点。