遺傳算法在可調(diào)熱泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

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1、跨壓料技大學(xué)申請工學(xué)碩士學(xué)位論文論文題目：遺傳算法在可調(diào)熱泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究學(xué)科門類：工學(xué)一級學(xué)科：控制科學(xué)與工程培養(yǎng)單位：電氣與信息工程學(xué)院碩士生：唐玉寶導(dǎo)師：湯偉教授2014年5月APPLⅡlDRESEARCHONGENET【CALGORll口?、鯰OT圉匝STRUCⅡ7RE0lPTⅡⅥIZAT10INDESⅡ1NoFA111esisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoft_heRequirementfortheDegreeofByYubaoTang

2、ThesisSupervisor：ProfessorWeiTangMay,2014遺傳算法在可調(diào)熱泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究摘要造紙行業(yè)是能源消耗大戶，其降耗的最大潛能在干燥部。熱泵能夠?qū)⒍握羝麎毫μ嵘龝r，不直接增加機(jī)械能量消耗。將其應(yīng)用于造紙的干燥部對能源消耗的降低有顯著的作用。熱泵的節(jié)能效果可以用噴射系數(shù)的大小來衡量。可調(diào)熱泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對可調(diào)熱泵性能的發(fā)揮起到很關(guān)鍵的作用。然而長時間以來，熱泵的設(shè)計(jì)都是建立在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對其的優(yōu)化設(shè)計(jì)很少有人研究。本文試探利用遺傳算法在組合優(yōu)化中的優(yōu)勢對可調(diào)熱泵的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在計(jì)算流體力學(xué)軟件中進(jìn)

3、行仿真以驗(yàn)證遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)的合理性，最后將其應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場再次檢驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果。本文的主要內(nèi)容可總結(jié)如下：(1)優(yōu)化目標(biāo)的確定。首先通過經(jīng)驗(yàn)公式法、氣體動力函數(shù)法和熱力學(xué)法建立噴射系數(shù)模型。對三種模型進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)氣體動力函數(shù)法建立的噴射系數(shù)模型與問題要研究的結(jié)構(gòu)尺寸密切相關(guān)，得出在特定的工況下噴射系數(shù)取決于相似幾何參數(shù)(關(guān)鍵尺寸)的選取。建立了可調(diào)熱泵性能指標(biāo)噴射系數(shù)和關(guān)鍵尺寸的函數(shù)關(guān)系?？烧{(diào)熱泵其它的尺寸都是在關(guān)鍵尺寸的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)而來，優(yōu)化關(guān)鍵尺寸就可以優(yōu)化熱泵的結(jié)構(gòu)。(2)基于遺傳算法的最佳相似幾何參數(shù)的獲取。首先對遺傳算法原理和執(zhí)行步驟進(jìn)行了介紹，然后對

4、遺傳算法的參數(shù)和優(yōu)化的限定條件進(jìn)行分析和設(shè)定。通過選擇、交叉、變異等遺傳操作，能夠使得適應(yīng)度函數(shù)最大的一條染色體，該染色體的基因片段組合就是最佳的相似幾何參數(shù)。(3)基于CFD仿真軟件平臺的遺傳算法優(yōu)化合理性驗(yàn)證。利用遺傳算法得到的熱泵相似幾何參數(shù)建立仿真模型，通過仿真可較為直觀的觀察熱泵內(nèi)部的流體流動方式。分析了可調(diào)熱泵內(nèi)部能量混合和損失的方式，并在各個工況下比較可調(diào)熱泵的效率。(4)新型熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐驗(yàn)證。本文分析了傳統(tǒng)的三段供氣和純熱泵系統(tǒng)的特點(diǎn)，吸收了現(xiàn)有熱泵系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種在三段供氣基礎(chǔ)上改造為熱泵系統(tǒng)的方案。該新型熱泵系統(tǒng)為中小型紙業(yè)探

5、索了一條經(jīng)濟(jì)的改造方案。任何設(shè)計(jì)的最終目的是為了服務(wù)于實(shí)踐，將經(jīng)過遺傳算法優(yōu)化后的熱泵用于本系統(tǒng)，能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的。再次用實(shí)踐證明了使用遺傳算法對可調(diào)熱泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化的正確性和合理性。關(guān)鍵詞：可調(diào)熱泵，噴射系數(shù)，遺傳算法，CFD，熱泵系統(tǒng)APPLIEDRESEARCHoNGENETICALGoRITHMToTHESTRUCTUREoPTIMIZATIoNDESIHNoFADJUSTABLESTEAMCoMPRESSoRABSTRACTIt’Swellknownthatpaperindustryisoneofthegreatestenergyguzzlers．The

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

7、savingeffectofthesteamcompressorcanbemeasuredbythesizeofthejetcoefficient．Sothedesignofadjustablesteamcompressorstructureandsteamcompressorsystemplaysakeyrolefortheperformanceofthesteamcompressor．Foralongtime，however,thedesignofsteamcompressorisbasedontheexperienceanditsoptimizeddesi