计算物理 ›› 2022, Vol. 39 ›› Issue (3): 352-360.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8392
张璐(), 崔国民*(
), 刘薇薇, 肖媛, 徐玥, 张冠华
收稿日期:
2021-05-06
出版日期:
2022-05-25
发布日期:
2022-09-02
通讯作者:
崔国民
作者简介:
张璐(1995-),硕士研究生,研究方向为过程系统优化, E-mail:zhanglu9512@163.com
基金资助:
Lu ZHANG(), Guomin CUI*(
), Weiwei LIU, Yuan XIAO, Yue XU, Guanhua ZHANG
Received:
2021-05-06
Online:
2022-05-25
Published:
2022-09-02
Contact:
Guomin CUI
摘要:
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。
张璐, 崔国民, 刘薇薇, 肖媛, 徐玥, 张冠华. 基于小负荷换热单元保护的松弛策略优化换热网络[J]. 计算物理, 2022, 39(3): 352-360.
Lu ZHANG, Guomin CUI, Weiwei LIU, Yuan XIAO, Yue XU, Guanhua ZHANG. Optimization of Heat Exchanger Network Based on Relaxation Strategy of Small Heat Exchanger Protection[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2022, 39(3): 352-360.
固定投资费用 | 有效换热单元数 | 换热单元生成总数 | 有效生成概率/% |
CF | 37 068 | 3 003 670 | 1.2 |
0 | 70 159 | 2 765 376 | 2.5 |
表1 15SP算例换热单元生成情况统计
Table 1 Statistics of heat exchange unit generation in 15SP example
固定投资费用 | 有效换热单元数 | 换热单元生成总数 | 有效生成概率/% |
CF | 37 068 | 3 003 670 | 1.2 |
0 | 70 159 | 2 765 376 | 2.5 |
图4 优化过程中年综合费用变化(a) 不同ω的年综合费用; (b) 不同Qm的年综合费用
Fig.4 Variation of comprehensive cost in optimization process (a) with different ω, (b) with different Qm
换热单元数 | 热公用工程/kW | 冷公用工程/kW | 年综合费用/($·a-1) | |
Ref.[ | 13 | 25 310 | 33 030 | 2.960×106 |
Ref.[ | 12 | 25 090 | 32 810 | 2.936×106 |
Ref.[ | 10 | 25 610 | 33 330 | 2.945×106 |
Ref.[ | 16 | 23 350 | 31 070 | 2.943×106 |
Ref.[ | 11 | 23 880 | 31 600 | 2.936×106 |
Ref.[ | 14 | 23 878 | 31 597 | 2 926 788 |
Ref.[ | 17 | 24 656 | 32 376 | 2 926 485 |
Ref.[ | 18 | 23 770 | 31 490 | 2 924 117 |
Ref.[ | 15 | 23 994 | 31 714 | 2 922 515 |
本文 | 21 | 23 957 | 31 677 | 2 903 528 |
表2 算例1的最优结果
Table 2 Optimal results in Example 1
换热单元数 | 热公用工程/kW | 冷公用工程/kW | 年综合费用/($·a-1) | |
Ref.[ | 13 | 25 310 | 33 030 | 2.960×106 |
Ref.[ | 12 | 25 090 | 32 810 | 2.936×106 |
Ref.[ | 10 | 25 610 | 33 330 | 2.945×106 |
Ref.[ | 16 | 23 350 | 31 070 | 2.943×106 |
Ref.[ | 11 | 23 880 | 31 600 | 2.936×106 |
Ref.[ | 14 | 23 878 | 31 597 | 2 926 788 |
Ref.[ | 17 | 24 656 | 32 376 | 2 926 485 |
Ref.[ | 18 | 23 770 | 31 490 | 2 924 117 |
Ref.[ | 15 | 23 994 | 31 714 | 2 922 515 |
本文 | 21 | 23 957 | 31 677 | 2 903 528 |
换热单元数目 | 热公用工程/kW | 冷公用工程/kW | 年综合费用/($·a-1) | |
Ref.[ | 24 | 41 349 | 59 219 | 6 019 310 |
Ref.[ | 29 | 43 280 | 61 150 | 5 613 283 |
Ref.[ | 26 | 27 380 | 45 250 | 5 233 287 |
Ref.[ | 26 | 27 223 | 45 068 | 5 169 883 |
23 | 27 418 | 45 229 | 5 155 770 | |
24 | 26 500 | 44 311 | 5 115 061 |
表3 算例2的最优结果
Table 3 Optimal results of Example 2
换热单元数目 | 热公用工程/kW | 冷公用工程/kW | 年综合费用/($·a-1) | |
Ref.[ | 24 | 41 349 | 59 219 | 6 019 310 |
Ref.[ | 29 | 43 280 | 61 150 | 5 613 283 |
Ref.[ | 26 | 27 380 | 45 250 | 5 233 287 |
Ref.[ | 26 | 27 223 | 45 068 | 5 169 883 |
23 | 27 418 | 45 229 | 5 155 770 | |
24 | 26 500 | 44 311 | 5 115 061 |
图10 算例2优化过程中(a) TAC、(b) 换热单元数目变化(有分流)
Fig.10 Variation of (a) TAC and (b) number of heat exchange units (with split flow) in optimization process in Example 2
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