基于群体智能优化理论的辐射换热腔体几何反设计

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1、硕士学位论文基于群体智能优化理论的辐射换热腔体几何反设计INVERSEGEOMETRYDESIGNOFRADIATIVEENCLOSURESUSINGSWARMINTELLIGENCEOPTIMIZATIONALGORITHMS孙双成哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TK124学校代码：10213国际图书分类号：621.1.016.7密级：公开工程硕士学位论文基于群体智能优化理论的辐射换热腔体几何反设计硕士研究生：孙双成导师：阮立明教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:TK124U.D.C:621.1.016.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringINVERSEGEOMETRYDESIGNOFRADIATIVEENCLOSURESUSINGSWARMINTELLIGENCEOPTIMIZATIONALGORITHMSCandidate：SunShuangchengSupervisor：Prof.RuanLimingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringSchoolofEnergyScien

3、ceandAffiliation：EngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要辐射换热设备广泛存在于工业锅炉、红外反射炉、材料加工成型等多种工业领域，腔体设计的合理与否直接影响到安全问题。几何反设计是近些年新兴的一种设计方法，基本思路是首先根据设计要求建立相应的目标函数，然后采用优化方法对其优化，最终达到设计目的。反设计方法具有过程简单、设计周期短、求解精度高等优点，因而得到越来越广泛的关注和应用。目前辐射腔体的

4、几何反设计多采用基于对目标函数求导的方法，这类方法具有收敛速度快、结果稳定性好等优点，但其梯度求解过程繁琐复杂，而且对初值依赖性较大。群体智能优化算法随机地从某一个解出发，然后根据相应算法的搜寻原则，寻找下一个使目标函数更小的解，逐步搜索直至得到最优解，这种求解方式逻辑简单，易于编程实现，而且算法本身具有并行性、自组织性、灵活性等优点，因而越来越得到人们的重视。本文基于群体智能优化理论求解了二维辐射换热腔体的几何反设计问题，主要研究内容包括以下几个方面：（1）采用贴体坐标系下离散坐标法求解不规则几何形状介质内的辐射换热问题，并与有限体积法计算结果进行对比，验证正问题模型计算程序的可

5、靠性，根据求得的边界热流密度建立相应的目标函数。（2）概述群体智能优化算法的主要特点及其分类，简单介绍群搜索方法、人工鱼群算法、蚁群优化算法以及蛙跳算法等四种常见群体智能优化算法的求解基本思路，并重点阐述磷虾群算法和微粒群优化算法的基本原理及其求解过程，为后续几何反设计研究提供理论支撑。（3）分别采用磷虾群算法、标准微粒群优化算法和随机微粒群优化算法求解辐射换热腔体几何反设计问题，通过几何优化，达到设计表面指定区域热流密度均匀分布的设计目的，并比较了三种求解方法在辐射腔体几何反设计问题中的计算性能；分析了几何反设计中设计表面控制点数量、介质物性及边界黑度等参数对设计结果的影响。关键

6、词：几何反设计；磷虾群算法；微粒群优化算法；辐射换热；群体智能优化算法-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractRadiaveheatingdevicesareencounteredinvariousindustrialfields,suchasindustialboilers,infraredreflectingovens,materialprocessingandmolding,andsoon.Thedesignofradiaveenclosurehasadirectimpactonsecurityissues.Inversedesigntechniqueisanew

7、methodinrecentyears,whosesolvingapproachistoestablishanappropriateobjectivefunctionaccordingtothedesignrequirementsatfirst,andthenoptimizingtheobjectivefunctionbysomeoptimizationmethods,andachievethepurposefinally.Inversedesigntechnique