【摘要】：換熱網(wǎng)絡(luò)作為石油、化工等過程工業(yè)的子系統(tǒng),擔(dān)負(fù)著回收過程能量的重任,其性能直接影響著這些高耗能過程工業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和高效性。由于建廠之時(shí),工藝水平以及信息技術(shù)相對(duì)落后,能源轉(zhuǎn)換效率低,現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)具有巨大的節(jié)能潛力,亟待進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。尤其在能源與環(huán)境問題備受關(guān)注的今天,改造現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)已成為提升過程工業(yè)領(lǐng)域能效、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的重要途徑。為了盡可能地減少改造成本,盡可能多地回用原有換熱器是改造現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)最有效的方法。舊換熱器回用的可行性和合理性,直接影響著改造決策的正確性和經(jīng)濟(jì)性。在回用舊換熱器時(shí),所需面積和舊換熱器的實(shí)際面積必然不同,而目前的換熱網(wǎng)絡(luò)改造方法卻忽略了所需面積和實(shí)際面積之間的偏差,將大于所需面積的原有換熱器應(yīng)用于改造后的網(wǎng)絡(luò),導(dǎo)致了改造后的換熱網(wǎng)絡(luò)性能發(fā)生改變,造成基于目前方法制定的改造方案無法滿足工程應(yīng)用要求。因此,本文提出了一種基于性能模擬的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造方法,圍繞這一方法,開展了如下工作:1、首次將性能模擬加入到非等溫混合分流分級(jí)超結(jié)構(gòu)改造模型中,結(jié)合面積再分配策略對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化,消除了面積偏差對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)性能的不利影響。同時(shí),基于性能模擬獲得的溫度分布和熱負(fù)荷分布,計(jì)算了目標(biāo)函數(shù)并評(píng)估了改造后的換熱網(wǎng)絡(luò)性能,從而保證了換熱網(wǎng)絡(luò)改造方案的可行性。2、以年度化改造收益為目標(biāo),建立了適用于換熱網(wǎng)絡(luò)改造的混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型,提出了系統(tǒng)的求解策略和方法,并采用遺傳算法優(yōu)化求解換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和具體參數(shù),獲得了改造收益最大的換熱網(wǎng)絡(luò)。3、基于MATLAB環(huán)境,借助于GUI平臺(tái),開發(fā)了具有換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造功能的人機(jī)交互軟件,并結(jié)合試運(yùn)行案例介紹了軟件的具體功能和操作流程。4、應(yīng)用建立的換熱網(wǎng)絡(luò)模型以及提出的求解策略,對(duì)四個(gè)不同規(guī)模的換熱網(wǎng)絡(luò)實(shí)施了改造,均獲得了可觀的換熱網(wǎng)絡(luò)收益。通過換熱器傳熱計(jì)算,驗(yàn)證了本文數(shù)據(jù)的合理性和可靠性;并與以往的研究結(jié)果相對(duì)比,驗(yàn)證了本文所提方法的有效性和優(yōu)越性。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE65;TQ051.5
【圖文】：

即優(yōu)化求解得到的最優(yōu)解。基于 MATLAB 的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)MATLAB 是矩陣實(shí)驗(yàn)室（Matrix Laboratory）的簡(jiǎn)稱，是一款功能強(qiáng)大、應(yīng)業(yè)數(shù)學(xué)軟件。由于其具有編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、編程環(huán)境友好、能完備等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析、數(shù)值計(jì)算、以及各種的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)。其中，圖形用戶界面（Graphical User Interfaces，GUI）功能單，允許用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入、輸出，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，滿足客戶的操作者可通過圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境（GUIDE）方便快速地設(shè)計(jì)出符合要求的圖。為了實(shí)現(xiàn)本文所提出的基于性能模擬的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，本文基于 Matlab 了計(jì)算機(jī)程序編制與界面開發(fā)。本軟件系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理、圖形輸出四大模塊，如圖 3-5 所示。窗口輸入

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)型）本文開發(fā)的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造軟件可用于換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造，其操作界面如圖 3-6所示。主要由參數(shù)輸入窗口（Parameter）、現(xiàn)有換熱器數(shù)據(jù)讀入窗口（Existing HeatExchanger）、物流數(shù)據(jù)讀入窗口（Streams Data）、結(jié)果數(shù)據(jù)輸出窗口（Results with MaximalARP），以及一系列的功能按鈕組成，軟件操作步驟、界面參數(shù)說明、變量含義和功能按鈕的使用方法等均可通過點(diǎn)擊工具欄中的“Illustration”，查看說明文本。

圖 3-7 系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入示意圖（2）數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理是基于數(shù)據(jù)輸入，通過運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造的過程。在設(shè)置完運(yùn)算參數(shù)、現(xiàn)有換熱器數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)等原有換熱網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)之后，可通過“Mode”模塊選擇單核或者多核并行運(yùn)算，然后點(diǎn)擊“Retrofit”按鈕，軟件將會(huì)進(jìn)入程序運(yùn)行階段，通過建立的遺傳算法程序優(yōu)化改造現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)選擇單核運(yùn)算時(shí)，軟件會(huì)顯示運(yùn)算進(jìn)度條，便于實(shí)時(shí)掌握計(jì)算進(jìn)度，如圖 3-8 所示，當(dāng)運(yùn)行結(jié)束后，進(jìn)度條會(huì)自行關(guān)閉。由于目前 MATLAB 并行運(yùn)算不支持進(jìn)度條的顯示，無法實(shí)時(shí)觀測(cè)運(yùn)行進(jìn)度，因此，當(dāng)選擇并行運(yùn)算進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置時(shí)，需要注意參數(shù)設(shè)置的合理性，以確保能夠在合適的時(shí)間獲得優(yōu)化結(jié)果。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號(hào)：2788418