基于模拟退火算法的换热网络双层优化方法.pdf

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1、石油化工·536·PETR0CHEMICALTECHN0LoGY2014年第43卷第5期基于模拟退火算法的换热网络双层优化方法彭富裕，崔国民，陈家星(上海理工大学新能源科学与工程研究所，上海200093)[摘要]针对同时存在整型变量及连续变量两种变量形式的换热网络优化问题，提出一种基于模拟退火算法的双层优化方法，分别处理代表结构的整型变量及代表费用的连续变量优化。外层算法以经济费用目标作为判断换热网络结构优劣的标准，通过随机扰动产生试探结构，借助模拟退火机制逐步进化外层结构；内层算法以流股间匹配的换热量作为优化变量，采用模拟退火算

2、法实现费用连续变量的优化，再反馈到外层的结构优化过程。两个具体算例证明：模拟退火算法应用于换热网络结构的整型变量优化可以找到较优换热网络结构，而双层优化方法可有效处理具有整型变量和连续变量两种变量形式的换热网络优化问题，取得较好的换热网络设计。[关键词]模拟退火算法；换热网络综合；分级超结构；随机算法[文章编号]1000—8144(2014)05—0536—09[中图分类号]TQ021．8[文献标志码]ABilevelOptimizationMethodforHeatExchangerNetworkSynthesisBasedon

3、SimulatedAnnealingAlgorithmPengFuyu，CuiGuomin，ChenJiaxing(ResearchInstituteofNewEnergyScienceandTechnology，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China)[AbstractjAbileveloptimizationmethodbasedonsimulatedannealing(SA)algorithmisproposedforheatexcha

4、ngernetworksynthesis．Theupperlevelrandomlygeneratesthetopologiesofheatexchangernetworkscombinedwith0-1integervariablesandthenthesetopologiesaresenttothelowerlevelinwhichtheheatloadofunitsareoptimizedbytheSAalgorithmdesignedforcontinuousvariables．Theupperalgorithmconve

5、rgestotheoptimalsolutionbyevaluatingtheminimumannualcostofeachtopologywiththeMetropolisrule．TheresultsshowthattheSAalgorithmcanoptimizethetopologiesoftheheatexchangernetworksefectively，andthisbileveloptimizationmethodissuitablefortheoptimizationproblemswithintegervari

6、ablesandcontinuousvariablessimultaneouslyandabletofindmoreeconomicalheatexchangernetworks．[KeywordsJsimulatedannealingalgorithm；heatexchangernetworksynthesis；stage—wisesuperstructure；stochasticalgorithm换热网络作为化工过程中重要的能量回收环合模型由于同时涉及代表结构的整型变量和决定费节，其设计的合理性和高效性将直接关系到系统的用大小

7、的连续变量优化，属于典型的}昆合整数非线整体性能。1969年，Masso等⋯首次严格定义换热性规划问题，目标函数呈现的严重非凸非线性使网络综合问题，即充分利用工艺物流的能量，使得确定性优化方法的求解过程极易陷人某个局部得热回收量最大或经济费用投入最小。以夹点技最小解，而无法找到理论上的全局最优解一。术为代表的热力学方法凭借其物理意义清晰、操作简单的优势得到了广泛应用j，但此类方法分[收稿日期]2013一l1—24；[修改稿日期]2014一叭一17。[作者简介]彭富裕(1987一)，男，博士生，电邮casanova．步优化的特点不能

8、同时兼顾换热器数、换热面积及antonio@163．com。联系人：崔国民，电邮cgm1226@163．tom。能量回收之间的权衡关系，只能得到接近最优的换[基金项目]国家自然科学基金资助项目(51176125)；上海市研热网络设计。基于数学理论提