计算物理 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (4): 535-546.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8733
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熊思恒1(), 段欢欢2, 崔国民1,*(
), 肖媛1, 易智康1
收稿日期:
2023-03-21
出版日期:
2024-07-25
发布日期:
2024-08-24
通讯作者:
崔国民
作者简介:
熊思恒(1998-),男,硕士研究生,E-mail:q.xiongsh@qq.com
基金资助:
Siheng XIONG1(), Huanhuan DUAN2, Guomin CUI1,*(
), Yuan XIAO1, Zhikang YI1
Received:
2023-03-21
Online:
2024-07-25
Published:
2024-08-24
Contact:
Guomin CUI
摘要:
本文分析了惩罚函数法处理传质约束对质量交换网络优化带来的消极影响,提出一种传质负荷动态调控策略,采用不同的调控方式处理单元传质约束,即衰减违反传质约束单元的传质负荷或消除单元,以保证结构中的传质单元不违反约束。通过两个质量交换网络算例进行验证,所得结果相比文献最优结果分别下降2 943 $·a-1和1 697 $·a-1,且结构中传质单元数量增加,证明了策略的有效性。
中图分类号:
熊思恒, 段欢欢, 崔国民, 肖媛, 易智康. 质量交换网络传质负荷不可行处理及动态调控策略[J]. 计算物理, 2024, 41(4): 535-546.
Siheng XIONG, Huanhuan DUAN, Guomin CUI, Yuan XIAO, Zhikang YI. Mass Exchange Network Mass Transfer Load Infeasibility Treatment and Dynamic Regulation Strategy[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2024, 41(4): 535-546.
图1 有分流节点非结构模型 (a)初始空结构;(b)匹配结构
Fig.1 Schematic of nodes-based non-structural model with streams split (a) initial empty structure; (b) matching structures
图3 传质单元左右两端传质驱动力的4种情况 (a) Δyleft > 0, Δyright > 0;(b) Δyleft > 0, Δyright < 0; (c) Δyleft < 0, Δyright > 0;(d) Δyleft < 0, Δyright < 0
Fig.3 Four cases of mass transfer driving forces of the mass exchange unit (a) Δyleft > 0, Δyright > 0; (b) Δyleft > 0, Δyright < 0;(c) Δyleft < 0, Δyright > 0;(d) Δyleft < 0, Δyright < 0
流股 | 最大流量/(kg·s-1) | 入口溶度/(kg·kg-1) | 目标溶度/(kg·kg-1) | m | b | CO/($·kg-1) |
R1 | 0.9 | 0.07 | 0.000 3 | |||
R2 | 0.1 | 0.051 | 0.000 1 | |||
S1 | 2.3 | 0.000 6 | 0.031 | 1.45 | 0 | 0.004 |
S2 | ∞ | 0.000 2 | 0.003 5 | 0.26 | 0 | 0.006 |
表1 算例1的流股数据
Table 1 Stream data of Case 1
流股 | 最大流量/(kg·s-1) | 入口溶度/(kg·kg-1) | 目标溶度/(kg·kg-1) | m | b | CO/($·kg-1) |
R1 | 0.9 | 0.07 | 0.000 3 | |||
R2 | 0.1 | 0.051 | 0.000 1 | |||
S1 | 2.3 | 0.000 6 | 0.031 | 1.45 | 0 | 0.004 |
S2 | ∞ | 0.000 2 | 0.003 5 | 0.26 | 0 | 0.006 |
IT/106 | C1 | C2 | N1 | N2 | N3 |
1 | 3 115 | 11 | 10 122 | 630 | 2 037 |
2 | 6 589 | 31 | 20 179 | 1 205 | 2 873 |
3 | 10 087 | 71 | 30 109 | 1 935 | 4 070 |
4 | 13 679 | 105 | 40 142 | 2 456 | 5 068 |
5 | 16 045 | 158 | 49 967 | 3 014 | 5 794 |
表2 两种差解出现的频次
Table 2 Frequency of occurrence of two difference imperfect solutions
IT/106 | C1 | C2 | N1 | N2 | N3 |
1 | 3 115 | 11 | 10 122 | 630 | 2 037 |
2 | 6 589 | 31 | 20 179 | 1 205 | 2 873 |
3 | 10 087 | 71 | 30 109 | 1 935 | 4 070 |
4 | 13 679 | 105 | 40 142 | 2 456 | 5 068 |
5 | 16 045 | 158 | 49 967 | 3 014 | 5 794 |
文献 | 单元数 | 总塔板数/块 | 操作费用/($·a-1) | TAC/($·a-1) |
Ref.[ | 5 | 25 | 313 292 | 431 613 |
Ref.[ | 4 | 21 | 326 700 | 422 293 |
Ref.[ | 4 | 24 | 311 297 | 420 545 |
Ref.[ | 4 | 20 | 317 986 | 412 500 |
Ref.[ | 4 | 21 | 314 114 | 409 704 |
5 | 21 | 314 777 | 410 369 | |
6 | 20 | 315 757 | 406 761 |
表3 算例1的结果对比
Table 3 Result comparison of Case 1
文献 | 单元数 | 总塔板数/块 | 操作费用/($·a-1) | TAC/($·a-1) |
Ref.[ | 5 | 25 | 313 292 | 431 613 |
Ref.[ | 4 | 21 | 326 700 | 422 293 |
Ref.[ | 4 | 24 | 311 297 | 420 545 |
Ref.[ | 4 | 20 | 317 986 | 412 500 |
Ref.[ | 4 | 21 | 314 114 | 409 704 |
5 | 21 | 314 777 | 410 369 | |
6 | 20 | 315 757 | 406 761 |
流股 | 最大流量/(kg·s-1) | 入口溶度/(kg·kg-1) | 目标溶度/(kg·kg-1) | m | b | CO/($·kg-1) |
R1 | 2 | 0.050 | 0.010 | |||
R2 | 1 | 0.030 | 0.006 | |||
S1 | 5 | 0.005 | 0.015 | 2 | 0 | 0 |
S2 | 3 | 0.01 | 0.030 | 1.53 | 0 | 0 |
S3 | ∞ | 0.001 3 | 0.015 | 0.71 | 0.001 | 0.01 |
表4 算例2的流股数据
Table 4 Steam data of Case 2
流股 | 最大流量/(kg·s-1) | 入口溶度/(kg·kg-1) | 目标溶度/(kg·kg-1) | m | b | CO/($·kg-1) |
R1 | 2 | 0.050 | 0.010 | |||
R2 | 1 | 0.030 | 0.006 | |||
S1 | 5 | 0.005 | 0.015 | 2 | 0 | 0 |
S2 | 3 | 0.01 | 0.030 | 1.53 | 0 | 0 |
S3 | ∞ | 0.001 3 | 0.015 | 0.71 | 0.001 | 0.01 |
文献 | 单元数 | 操作费用/($·a-1) | 投资费用/($·a-1) | TAC/($·a-1) |
Ref.[ | 7 | 218 225 | 127 456 | 345 681 |
Ref.[ | 7 | 217 960 | 159 320 | 345 416 |
Ref.[ | 7 | 210 446 | 132 008 | 342 174 |
Ref.[ | 6 | 223 840 | 115 739 | 339 579 |
Ref.[ | 6 | 219 816 | 118 352 | 338 168 |
6 | 223 531 | 114 039 | 337 570 | |
8 | 198 453 | 138 018 | 336 471 |
表5 算例2的结果对比
Table 5 Result comparison of Case 2
文献 | 单元数 | 操作费用/($·a-1) | 投资费用/($·a-1) | TAC/($·a-1) |
Ref.[ | 7 | 218 225 | 127 456 | 345 681 |
Ref.[ | 7 | 217 960 | 159 320 | 345 416 |
Ref.[ | 7 | 210 446 | 132 008 | 342 174 |
Ref.[ | 6 | 223 840 | 115 739 | 339 579 |
Ref.[ | 6 | 219 816 | 118 352 | 338 168 |
6 | 223 531 | 114 039 | 337 570 | |
8 | 198 453 | 138 018 | 336 471 |
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