解换热网络同步综合问题列队竞争算法.pdf

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1、第27卷第1期北京化工大学学报Vol.27,No.12000年JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGY2000解换热网络同步综合问题的列队竞争算法1)2)鄢烈祥　麻德贤(1)湖北工学院化工系,武汉　430068;2)北京化工大学计算机系,北京　100029)摘　要:给出了换热网络同步综合问题的数学模型和拓扑结构的描述,并确定了产生相邻换热网络的策略。在此基础上,提出了列队竞争算法解网络综合问题的计算方法。对实例问题的求解得到了优于文献报道的结果。关键词:列队竞争算法;换热网络;同步综合中图分类号:TQ02118;TP30116　

2、　近30年来,对换热网络综合问题已提出了许2,⋯,Z}的排列表示多解决方法,概括起来可分为基于热力学原理和启X={x1,x2,⋯xz}发式规则的综合方法以及基于数学规划的综合方法其中Z是换热网络中NH个热流股和NC个冷流股两大类。评价综合方法好坏的一个重要准则是能否最多的匹配数,在只允许不同流股匹配一次的条件协调公用工程、换热面积和设备单元数三者关系,下,Z=NH×NC;X的元素xm表示在第m个位[1～3]以使总费用最低。夹点技术和伪夹点技术首先置的换热器编号,换热器编号(xz)为通过给定的HRAT(heatrecoveryapproachtempera2xz=m+NH(n-1)

3、(1)ture)或EMAT(exchangerminimumapproachtem2式中,m=1,2,⋯,NH;n=1,2,⋯,NC。perature)确定最小能耗的网络,然后,利用能量松如用Q={Q1,Q2,⋯Qz}中的元素表示X中弛减少单元数,降低总费用。该方法的局限性在于相应位置换热器的换热量,则可用X,Q两个集合不能同时协调公用工程消耗、单元数和换热面积三完全描述所有可能的冷热流股匹配情况。者的关系,使总费用最少。通过分步协调的方式所112　换热网络数学模型得到的网络完全有可能偏离最低费用的网络。在夹11211　目标函数　为使换热网络的能量消耗、换点技术和伪夹点技术上发展

4、起来的分步数学规划热器数目及换热面积等目标达到同步优化,取换热[4,5]法与夹点技术和伪夹点技术一样不能同步考虑网络的年度费用最小为目标函数。其中包括公用工换热网络单元数、换热面积和公用工程消耗,而是程费用、换热单元设备固定费用及换热面积费用。将整体问题人为地分解为相对独立的几个子问题,∑cCU×QCUi+∑cHU×QHUj+i∈Nj∈N不能从整体上协调三者的关系,因而往往得到的是HC局部最优解。∑∑∑CF×zijk+∑CF×zCUi+∑CF×i∈Nj∈Nk∈Ki∈Nj∈N[6,7][8,9]HCHC近年来,模拟退火法和遗传算法被用BB于换热网络的同步优化,取得了较好的结果。列队

5、zHUj+∑∑∑cij×Aijk+∑cCUi×ACUi+i∈Nj∈Nk∈Ki∈NHCH[10]竞争算法是作者提出的一种全局优化搜索算法,B∑cHUj×AHUj(2)本文将此算法用于换热网络同步综合问题求解。j∈NC式中,Aijk=Qijk/(UijΔtijk);ACUi=1　换热网络模型QCUi/(UCUiΔtCUi);AHUj=QHUj/(UHUjΔtHUj)111　换热网络拓扑结构描述11212　约束方程　每个流股的热平衡换热网络的拓扑结构可用整数子集X={1,∑∑Qijk+QCUi=Fi(THIi-THOi)(3)j∈Nk∈KC式中,i∈NH收稿日期:1999204223∑

6、∑Qijk+QCHj=Fj(TCOj-TCIj)(4)第一作者:男,1954年生,副教授,工学博士i∈NHk∈K第1期鄢烈祥等:解换热网络同步综合问题的列队竞争算法·9·式中,j∈NC种进化算法,它与遗传算法、进化策略和进化规划每个换热器的热平衡等进化算法的主要区别在于:列队竞争算法在模拟HCQijk=FiΔtijk=FΔjtijki∈NH,j∈NC(5)进化过程中,始终保持着独立并行进化的家族,并温差约束通过家族内部的生存竞争和家族间的地位竞争这两HC种竞争方式,使群体快速进化到最优或接近最优的Δtijk≥Δtmin,Δtijk≥Δtmin(6)温度约束区域;列队竞争算法根据家

7、族的目标函数值大小排tHIHOCOCI成一个列队,并赋予各个家族相应的竞争推动力,i≤THIi,ti≥THOi,tj≤TCOj,tj≥使家族在列队中的位置产生动态变化,使得局部搜TCIji∈NH,j∈NC(7)索与全局搜索达到均衡和统一,以此提高搜索效0～1变量约束率。竞争推动力是家族变异的动力,是改变自身状zijk,zCUi,zHUj={0,1}(8)况具有赶上或超过它前面家族的一种潜在力量。对2　相邻换热网络的产生于不同的优化问题,具有不同的表达形式,对于解组合优化问题,竞争