遗传算法在可调热泵结构优化设计中的应用研究

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1、跨压料技大学申请工学硕士学位论文论文题目：遗传算法在可调热泵结构优化设计中的应用研究学科门类：工学一级学科：控制科学与工程培养单位：电气与信息工程学院硕士生：唐玉宝导师：汤伟教授2014年5月APPLⅡlDRESEARCHONGENET【CALGORll口印ⅥTOT圉匝STRUCⅡ7RE0lPTⅡⅥIZAT10INDESⅡ1NoFA111esisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoft_heRequirementfortheDegreeofByYubaoTang

2、ThesisSupervisor：ProfessorWeiTangMay,2014遗传算法在可调热泵结构优化设计中的应用研究摘要造纸行业是能源消耗大户，其降耗的最大潜能在干燥部。热泵能够将二次蒸汽压力提升时，不直接增加机械能量消耗。将其应用于造纸的干燥部对能源消耗的降低有显著的作用。热泵的节能效果可以用喷射系数的大小来衡量。可调热泵的结构设计和热泵系统的设计对可调热泵性能的发挥起到很关键的作用。然而长时间以来，热泵的设计都是建立在经验的基础上，对其的优化设计很少有人研究。本文试探利用遗传算法在组合优化中的优势对可调热泵的结构尺寸进行优化设计，并在计算流体力学软件中进

3、行仿真以验证遗传算法优化设计的合理性，最后将其应用在工业现场再次检验优化设计的效果。本文的主要内容可总结如下：(1)优化目标的确定。首先通过经验公式法、气体动力函数法和热力学法建立喷射系数模型。对三种模型进行比较，发现气体动力函数法建立的喷射系数模型与问题要研究的结构尺寸密切相关，得出在特定的工况下喷射系数取决于相似几何参数(关键尺寸)的选取。建立了可调热泵性能指标喷射系数和关键尺寸的函数关系。可调热泵其它的尺寸都是在关键尺寸的基础上设计而来，优化关键尺寸就可以优化热泵的结构。(2)基于遗传算法的最佳相似几何参数的获取。首先对遗传算法原理和执行步骤进行了介绍，然后对

4、遗传算法的参数和优化的限定条件进行分析和设定。通过选择、交叉、变异等遗传操作，能够使得适应度函数最大的一条染色体，该染色体的基因片段组合就是最佳的相似几何参数。(3)基于CFD仿真软件平台的遗传算法优化合理性验证。利用遗传算法得到的热泵相似几何参数建立仿真模型，通过仿真可较为直观的观察热泵内部的流体流动方式。分析了可调热泵内部能量混合和损失的方式，并在各个工况下比较可调热泵的效率。(4)新型热泵系统的设计和工程实践验证。本文分析了传统的三段供气和纯热泵系统的特点，吸收了现有热泵系统的优缺点，提出了一种在三段供气基础上改造为热泵系统的方案。该新型热泵系统为中小型纸业探

5、索了一条经济的改造方案。任何设计的最终目的是为了服务于实践，将经过遗传算法优化后的热泵用于本系统，能够达到节能降耗的目的。再次用实践证明了使用遗传算法对可调热泵结构优化的正确性和合理性。关键词：可调热泵，喷射系数，遗传算法，CFD，热泵系统APPLIEDRESEARCHoNGENETICALGoRITHMToTHESTRUCTUREoPTIMIZATIoNDESIHNoFADJUSTABLESTEAMCoMPRESSoRABSTRACTIt’Swellknownthatpaperindustryisoneofthegreatestenergyguzzlers．The

6、greatestpotentialofenergysavingliesinthedryingsection．Steamcompressorcallincreasesteampressurewithoutusingthemechanicalenergydirectly．Becauseofsuchadvantage，theejectoriswidelyappliedinthedryingsectionofpapermachinetoreducetheenergyconsumptionandhasasignificantenergysavingeffect．Energy-

7、savingeffectofthesteamcompressorcanbemeasuredbythesizeofthejetcoefficient．Sothedesignofadjustablesteamcompressorstructureandsteamcompressorsystemplaysakeyrolefortheperformanceofthesteamcompressor．Foralongtime，however,thedesignofsteamcompressorisbasedontheexperienceanditsoptimizeddesi