上海快3一定牛形态
專業生產:換熱器;分水器;過水熱;冷卻器
新聞動態

下载上海快3软件:基于遺傳算法的管殼式換熱器的優化設計

點擊:1281 日期:[ 2014-04-26 22:13:55 ]
                                 基于遺傳算法的管殼式換熱器的優化設計                                                       沈楊                                            (大慶油田工程有限公司)    本文利用遺傳算法(GA)理論,對管殼式換熱器進行目標參數設計,較為全面地考慮管內流體的流量、冷端溫差、熱端溫差、管程空間、管內外側直徑及換熱器內的傳熱速率等影響因素,以降低管殼式換熱器的投資,提高性能價格比,達到目標優化的目的。     1 優化問題描述     設計一個有折流板的管殼式單程并流換熱器,把流量為Wi的熱流體從溫度T1冷卻到T2,冷卻劑入口溫度為t1,熱流體走管程,冷卻劑走殼程。管程的內外直徑為Di、D0。在該換熱器中,管程流體為湍流,但在管程和殼程均沒有流體相變。     以換熱器系統每年的總投資成本最小作為優化設計目標。總投資成本包括冷卻劑成本、管外側表面積的換熱器的年成本、管內的動力損耗成本及管外的動力損耗成本。目標函數模型:             C=CCWCY+CAA0+CiEiA0+C0E0A0     式中,C是每年的總成本;CC是冷卻劑成本;WC是冷卻劑流量;Y是每年操作的小時數;CA是單位管外側表面積的換熱器年成本;A0是管外側表面積;Ci是用泵向管內側供入流體所需要的年成本;Ei是按單位管外側表面積計算,在管內所損失的動力;C0是用泵向管外側供入流體所需要的年成本;E0是按單位管外側表面積計算,在管外所損失的動力。     從能量平衡方程可知:                  式中,Q為換熱器的熱負荷;C為定壓比熱;Δt1、Δt2分別為冷端溫差、熱端溫差;T1、T2分別為熱流體的出口溫度和進口溫度;hi、h0分別為管內側和管外側的傳熱系數;Φi為關聯摩擦損失和hi的因子;Φ0為關聯摩擦損失和h0的因子。     2 遺傳算法     遺傳算法是一種概率優化算法,它僅要求目標函數和待優參數能夠被描述或計算,而許多傳統優化算法對目標函數的特性有嚴格的要求。     待優參數的變化主要通過三種操作實現:選擇、交叉和變異。遺傳算法的結束由停止循環的條件決定,本文采用的是最大進化代數完成條件。     在選擇操作中,某一個體能夠繼續存在于下一代的概率與其適應度有關,在本文中它與適應度成比例。在每一代中,適應度較低的一部分個體被選擇操作去除,同時生成相等數量的新個體,以保持群體規模不變。     交叉操作是在隨機選取的兩個染色體之間通過交換其相同基因位完成的。這一操作是否進行由交叉概率決定。本文針對所研究的問題,采用適合于長染色體的單點交叉。在計算中交叉概率選為0.5。     變異操作是對待優參數進行精細修正的一種技術。它由變異概率控制,通過對單個染色體的部分基因進行隨機變化而完成。在本文中采用標準變異操作(每一個基因都進行相同的變化)和小的變異概率0.1。較大的變異概率將使遺傳算法的搜索有效性降低。     3 算例     以一臺典型的管殼式天然氣換熱器為例,已知換熱器的熱流體(天然氣)的流量Wi為20000ld/h,熱流體的進口溫度T1為150 ,出口溫度T2為100 ,冷卻劑(水)的進口溫度t1為70 ,管材料為鋼,管子的布局形式為三角形,構造形式為固定管板式,管程的管子外徑D0為1in,管程的管子內徑Di為0 834in。經過分析,優化問題的獨立變量共12個,分別是熱端溫差Δt2,冷卻劑流量WC,管外側表面積A0,換熱器內管子數Nt,管長Lt,以管外側面積計算的總傳熱系數U0,在殼程中折流空間的數量nb,管程的流動壓降ΔPi,殼程的流動壓降ΔP0,殼程直徑D,管內側傳熱系數hi,管外側傳熱系數h0。     根據實際情況寫出如下不等式約束條件,殼程速度的約束條件0 5ft/s≤v≤8ft/s,管程速度的約束條件0 001ft/s≤vi≤160ft/s,殼程直徑的約束條件Di≤40in等,其中涉及獨立變量的約束可以歸為定義域,整個優化問題的非變量約束條件有20個。     利用遺傳算法進行優化,從初始點位0處開始求解,用8步運行。最初7步的運行使用給定的迭代界限,而當達到默認的運行時間界限100s時,第8步運算停止。對于相同數目的迭代,每次運行會得到不同的最終目標函數值,這是因為在突變和雜交操作中使用了隨機機理且任意選取初始群體,最佳值712 57并不是在使用最多的迭代或計算時間的運行中獲得的,而是在10000次迭代運行中得到的。由遺傳算法求解程序求得的最終目標值見表1。     當投資總成本為最佳目標函數值時,其它設計變量值見表2。     利用傳統的罰函數增廣拉格朗日法優化,優化后目標函數值為734。其結果見表3。                    由此可見,遺傳算法不僅能得到更好的優化結果,而且能大大地縮短優化計算時間。(欄目主持 張秀麗)
上一篇:地熱熱儲模型及井內換熱器優化設計 下一篇:過冷段翅片管換熱器的試驗研究方法

相關資訊

Copyright ?2008 哈雷換熱設備有限公司 All Rights Reserved. 地址:奉化外向科技園西塢金水路 電話:0086-574-88928255 傳真:0086-574-88916955
換熱器 | 板式換熱器 | 釬焊板式換熱器 | 冷卻器 | 分水器 | 地暖分水器 | B3-14B板式換熱器 | 上海快3一定牛形态 | XML 浙ICP備09009252號 技術支持:眾網千尋