建立一种拓展节点非结构模型, 在冷热两端, 各额外增设一条冷热流股和常规热冷流股进行匹配, 判定冷热内部公用工程的生成, 实现公用工程在冷热流股上任意位置的独立匹配, 提升模型自由度。将强制进化随机游走算法引入到实际工程算例9SP、10SP、15SP中进行优化, 最优结果比现有文献分别节省了5 600＄·a^-1、848＄·a^-1、4 455＄·a^-1。该拓展模型的应用不仅可以得到更经济的换热网络设计, 并且具有更强的灵活性。

针对现有质量交换网络优化方法存在的不足, 提出一种适用于质量交换网络综合的强制进化随机游走算法。通过随机增大或减小质量交换器的传质负荷、分流比以及贫流股的流量, 并设置最小阈值实现网络连续和整型变量的同步优化; 通过以较小概率接受差解, 增强结构变异, 使算法更好地兼顾质量交换网络的全局和局部搜索。在2个质量交换网络实例中的应用表明, 优化结果优于文献最优结果, 算法保持了个体的独立进化且具有良好的全局和局部搜索能力。

在优化换热网络过程中, 有分流节点非结构模型的换热单元会打破初始均匀分布状态向流股上游区域集中, 使得冷热流股入口区域无法生成新的换热单元, 造成结构变异能力下降。本文探究该现象成因及其对进化的影响, 并提出动态区域禁忌匹配策略: 上游区域空节点时允许自由匹配; 当上游区域节点非空时进行上游区间的清空操作, 即将生成节点等效向下游区域进行转移, 从而保障换热单元在上游区域的匹配活力, 增强新生成换热单元在结构进化过程中的竞争力, 促进换热网络结构进化。通过在算例15sp和20sp的应用, 发现该策略能够提升网络结构变异能力。