多流股換熱器設(shè)計及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化同步綜合.pdf

1、近年來，多流股換熱器以其結(jié)構(gòu)緊湊、高效低耗等特點，成為過程強化研究的熱門課題。然而，盡管它早已廣泛應(yīng)用于低溫工業(yè)領(lǐng)域，但有關(guān)其設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的研究仍然較少，且現(xiàn)有研究工作也并未完善?；谠摤F(xiàn)狀，以多流股換熱器為對象，展開設(shè)備設(shè)計與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化同步綜合工作。
　　首先，以其獨特換熱形式為著手點，建立多流股同步換熱熱耦合模型，并通過流股能量匹配，揭示其換熱原理，以及它與常規(guī)雙流股換熱的拓撲關(guān)系。同時，引入狀態(tài)空間(State Space，SS

2、)超級結(jié)構(gòu)，并將多流股換熱器熱耦合模型作為過程操作算子，納入到過程操作(Process Operator，PO)網(wǎng)絡(luò)中，從而建立多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合方法。
　　其次，考慮到多流股換熱器工業(yè)應(yīng)用背景，將環(huán)境因素與保溫材料項納入到多流股換熱器設(shè)備設(shè)計中。通過系統(tǒng)預(yù)分析，提出平板式模型假設(shè)，構(gòu)建多流股換熱器集總模型;并結(jié)合SS超級網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)造出得以量化環(huán)境影響與保溫材料封包效果的系統(tǒng)預(yù)分析框架。
　　接著，從流股層面對多流股換熱器模

3、型進行改進，詳細量化環(huán)境因素對過程流股的影響，及保溫材料封包效應(yīng)，擺脫集總模型的籠統(tǒng)計算。提出多流股換熱器流道分布規(guī)則，從而得到更為詳細合理的設(shè)備設(shè)計策略，并將其作為新的過程操作算子。同時，改進SS超級結(jié)構(gòu)，對過程單元有序編號，去除循環(huán)回路冗余連接，將此無序網(wǎng)絡(luò)改造成更適用于換熱問題的有序超級結(jié)構(gòu)，進而建立起環(huán)境作用下的多流股換熱器設(shè)備設(shè)計與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化同步綜合框架。
　　最后，對等溫相變過程進行分析，以相變率及絕對焓替代溫度，提出識

4、別過程流股狀態(tài)的新判據(jù)。通過適當數(shù)學(xué)約束，建立起對等溫相變處理的新方法，并結(jié)合改進的有序超級結(jié)構(gòu)，提出包含等溫相變過程的多流股換熱器設(shè)計與網(wǎng)絡(luò)綜合策略。
　　此外，在模型求解策略上，以連續(xù)變量替代二元變量，通過互補性約束等處理手段，將混合整數(shù)非線性規(guī)劃轉(zhuǎn)化為單純的非線性問題，避免混合整數(shù)與強非線性的復(fù)雜耦合，有效降低模型復(fù)雜度以及求解難度。同時，使用目前最為完善的確定性算法CONOPT，作為非線性問題的模型求解器，結(jié)合隨機擾動賦初