计算物理 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (1): 60-70.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8354
刘薇薇(), 崔国民*(
), 肖媛, 徐玥, 赵倩倩, 张冠华
收稿日期:
2021-03-15
出版日期:
2022-01-25
发布日期:
2022-09-03
通讯作者:
崔国民
作者简介:
刘薇薇(1997-), 女, 硕士研究生, E-mail: lww_1126@163.com
基金资助:
Weiwei LIU(), Guomin CUI*(
), Yuan XIAO, Yue XU, Qianqian ZHAO, Guanhua ZHANG
Received:
2021-03-15
Online:
2022-01-25
Published:
2022-09-03
Contact:
Guomin CUI
摘要:
提出一种采用优势个体多方向强制搜索策略的进化算法, 通过考察种群中个体差异性指标, 用以评价当前种群全局搜索的健康度。当优化结果出现长期停滞, 即健康度指标变差时, 启动优势个体多方向强制搜索策略, 扩大优势个体在靠近局部最优解区域的搜索方向, 保证算法全过程的全局搜索能力。用15SP和20SP算例进行验证, 与文献中最优结果相比, 分别下降了1.09%、0.83%, 表明优势个体多方向强制搜索策略充分发挥了优势个体的进化潜力, 提高了算法的优化效能。
刘薇薇, 崔国民, 肖媛, 徐玥, 赵倩倩, 张冠华. 一种采用优势个体多方向强制搜索策略的换热网络优化方法[J]. 计算物理, 2022, 39(1): 60-70.
Weiwei LIU, Guomin CUI, Yuan XIAO, Yue XU, Qianqian ZHAO, Guanhua ZHANG. A Heat Exchanger Network Optimization Method with Dominant Individual Multi-directional Compulsive Search Strategy[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2022, 39(1): 60-70.
流股 | 进口温度/℃ | 出口温度/℃ | 热容流率/(kW·℃-1) | 换热系数/(kW·m-2·℃-1) |
H1 | 217.0 | 150.0 | 148.42 | 0.5 |
H2 | 97.0 | 50.0 | 27.32 | 0.5 |
H3 | 135.0 | 50.0 | 111.25 | 0.5 |
H4 | 155.0 | 50.0 | 79.01 | 0.5 |
H5 | 180.0 | 50.0 | 42.92 | 0.5 |
H6 | 210.0 | 50.0 | 21.66 | 0.5 |
H7 | 155.5 | 154.5 | 28 500 | 0.5 |
H8 | 97.5 | 96.5 | 45 900.00 | 0.5 |
H9 | 97.5 | 96.5 | 11 800.00 | 0.5 |
H10 | 120.0 | 50.5 | 117.86 | 0.5 |
C1 | 40.0 | 65.5 | 280.80 | 0.5 |
C2 | 65.0 | 150.0 | 716.33 | 0.5 |
C3 | 149.5 | 150.5 | 12 700.00 | 0.5 |
C4 | 164.5 | 165.5 | 20 500.00 | 0.5 |
C5 | 30.0 | 100.0 | 107.11 | 0.5 |
HU | 250.0 | 249.0 | 0.5 | |
CU | 15.0 | 30.0 | 0.5 |
表1 15SP算例流体参数
Table 1 Flow parameters of 15SP
流股 | 进口温度/℃ | 出口温度/℃ | 热容流率/(kW·℃-1) | 换热系数/(kW·m-2·℃-1) |
H1 | 217.0 | 150.0 | 148.42 | 0.5 |
H2 | 97.0 | 50.0 | 27.32 | 0.5 |
H3 | 135.0 | 50.0 | 111.25 | 0.5 |
H4 | 155.0 | 50.0 | 79.01 | 0.5 |
H5 | 180.0 | 50.0 | 42.92 | 0.5 |
H6 | 210.0 | 50.0 | 21.66 | 0.5 |
H7 | 155.5 | 154.5 | 28 500 | 0.5 |
H8 | 97.5 | 96.5 | 45 900.00 | 0.5 |
H9 | 97.5 | 96.5 | 11 800.00 | 0.5 |
H10 | 120.0 | 50.5 | 117.86 | 0.5 |
C1 | 40.0 | 65.5 | 280.80 | 0.5 |
C2 | 65.0 | 150.0 | 716.33 | 0.5 |
C3 | 149.5 | 150.5 | 12 700.00 | 0.5 |
C4 | 164.5 | 165.5 | 20 500.00 | 0.5 |
C5 | 30.0 | 100.0 | 107.11 | 0.5 |
HU | 250.0 | 249.0 | 0.5 | |
CU | 15.0 | 30.0 | 0.5 |
换热单元数 | 热公用工程负荷/MW | 冷公用工程负荷/MW | 年综合费用/($·a-1) | |
max | 29 | 43.28 | 61.15 | 5 613 283* |
max | 22 | 38.23 | 56.10 | 5 687 499* |
max | 26 | 27.38 | 45.25 | 5 233 287 |
max | 26 | 27.27 | 45.06 | 5 169 883 |
25 | 26.50 | 44.31 | 5 113 725 |
表2 算例1结果
Table 2 Results of Case 1
换热单元数 | 热公用工程负荷/MW | 冷公用工程负荷/MW | 年综合费用/($·a-1) | |
max | 29 | 43.28 | 61.15 | 5 613 283* |
max | 22 | 38.23 | 56.10 | 5 687 499* |
max | 26 | 27.38 | 45.25 | 5 233 287 |
max | 26 | 27.27 | 45.06 | 5 169 883 |
25 | 26.50 | 44.31 | 5 113 725 |
流股 | 进口温度/℃ | 出口温度/℃ | 热容流率/(kW·℃-1) | 换热系数/(kW·m-2·℃-1) |
H1 | 576 | 437 | 23.1 | 0.06 |
H2 | 599 | 399 | 15.22 | 0.06 |
H3 | 530 | 382 | 15.15 | 0.06 |
H4 | 449 | 237 | 14.76 | 0.06 |
H5 | 368 | 177 | 10.7 | 0.06 |
H6 | 121 | 114 | 149.6 | 1 |
H7 | 202 | 185 | 258.2 | 1 |
H8 | 185 | 113 | 8.38 | 1 |
H9 | 140 | 120 | 59.89 | 1 |
H10 | 69 | 66 | 165.79 | 1 |
H11 | 120 | 68 | 8.74 | 1 |
H12 | 67 | 35 | 7.62 | 1 |
H13 | 1 034.5 | 576 | 21.3 | 0.06 |
C1 | 123 | 343 | 10.61 | 0.06 |
C2 | 20 | 156 | 6.65 | 1.2 |
C3 | 156 | 157 | 3 291 | 2 |
C4 | 20 | 182 | 26.63 | 1.2 |
C5 | 182 | 318 | 31.19 | 1.2 |
C6 | 318 | 320 | 4 011.83 | 2 |
C7 | 322 | 923.78 | 17.6 | 0.06 |
HU | 927 | 927 | 5 | |
CU | 9 | 17 | 1 |
表3 算例2流体参数
Table 3 Flow parameters in Case 2
流股 | 进口温度/℃ | 出口温度/℃ | 热容流率/(kW·℃-1) | 换热系数/(kW·m-2·℃-1) |
H1 | 576 | 437 | 23.1 | 0.06 |
H2 | 599 | 399 | 15.22 | 0.06 |
H3 | 530 | 382 | 15.15 | 0.06 |
H4 | 449 | 237 | 14.76 | 0.06 |
H5 | 368 | 177 | 10.7 | 0.06 |
H6 | 121 | 114 | 149.6 | 1 |
H7 | 202 | 185 | 258.2 | 1 |
H8 | 185 | 113 | 8.38 | 1 |
H9 | 140 | 120 | 59.89 | 1 |
H10 | 69 | 66 | 165.79 | 1 |
H11 | 120 | 68 | 8.74 | 1 |
H12 | 67 | 35 | 7.62 | 1 |
H13 | 1 034.5 | 576 | 21.3 | 0.06 |
C1 | 123 | 343 | 10.61 | 0.06 |
C2 | 20 | 156 | 6.65 | 1.2 |
C3 | 156 | 157 | 3 291 | 2 |
C4 | 20 | 182 | 26.63 | 1.2 |
C5 | 182 | 318 | 31.19 | 1.2 |
C6 | 318 | 320 | 4 011.83 | 2 |
C7 | 322 | 923.78 | 17.6 | 0.06 |
HU | 927 | 927 | 5 | |
CU | 9 | 17 | 1 |
换热单元数 | 热公用工程负荷/kW | 冷公用工程负荷/kW | 年综合费用/($·a-1) | |
max | 21 | 1 938.00 | 106.93 | 1 516 482* |
max | 22 | 2 077.51 | 250.44 | 1 462 323* |
max | 23 | 1 867.65 | 36.60 | 1 447 482 |
max | 22 | 1 827.77 | 0 | 1 418 977* |
max | 21 | 1 830.00 | 0 | 1 413 807 |
max | 21 | 1 830.80 | 36.60 | 1 412 801 |
max | 20 | 1 831.07 | 0 | 1 407 203* |
21 | 1 831.00 | 0 | 1 395 497 |
表4 算例2最优结果
Table 4 Results of Case 2
换热单元数 | 热公用工程负荷/kW | 冷公用工程负荷/kW | 年综合费用/($·a-1) | |
max | 21 | 1 938.00 | 106.93 | 1 516 482* |
max | 22 | 2 077.51 | 250.44 | 1 462 323* |
max | 23 | 1 867.65 | 36.60 | 1 447 482 |
max | 22 | 1 827.77 | 0 | 1 418 977* |
max | 21 | 1 830.00 | 0 | 1 413 807 |
max | 21 | 1 830.80 | 36.60 | 1 412 801 |
max | 20 | 1 831.07 | 0 | 1 407 203* |
21 | 1 831.00 | 0 | 1 395 497 |
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