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《探究考慮能量集成與柔性的用水網絡設計方法研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、大連理工大學博士學位論文考慮能量集成與柔性的用水網絡設計方法研究姓名：都健申請學位級別：博士專業(yè)：化學工程指導教師：姚平經;樊希山20040101—————————————————————————————————————j!ij!!———————————————————————————————————————一摘要水和能量在過程工業(yè)的發(fā)展中占有極其重要的地位。水是可持續(xù)發(fā)展的關鍵因素，并將成為2l世紀全球資源和環(huán)境的首要問題。目前能量集成技術相對比較成熟，已經在實際過程工業(yè)中得到了較為廣泛的應用。質量集成技術起步較晚，但在理論研究
2、上也取得了一定的進展。而水網絡是一種特殊的質量交換網絡，由于水資源的逐年匱乏和環(huán)境污染的日趨嚴重，水網絡的研究引起了普遍關注。但在水網絡設計中同時考慮能量集成卻很少見報道，并且現有的研究方法僅限于單雜質系統(tǒng)，能量集成僅局限于水網絡內，同時并沒有實現真正意義上的用水與用能同時最小化；并且在水網絡的設計中沒有考慮柔性分析，不一定能夠保證水網絡結構的穩(wěn)定性。在這種背景下，本論文對多雜質系統(tǒng)考慮能量集成和柔性的用水網絡的優(yōu)化設計進行了嘗試。在全面分析水網絡集成和能量集成以及過程工業(yè)柔性分析的研究現狀和發(fā)展趨勢基礎上，對其過程集成方法進行了
3、深入的研究，以期對過程工業(yè)的節(jié)水、節(jié)能提供一定的理論指導。本論文的主要研究內容有：(1)對于過程工業(yè)中用水和用能同時最小化的多蟊標優(yōu)化問題，本文采用目標分層法的思想進行優(yōu)化，即分步優(yōu)化法。首先把用水量最小化看作重要的目標，用夾點分析法或數學規(guī)劃法求解優(yōu)化的水網絡結構：然后在這一目標的最優(yōu)解下進行全過程系統(tǒng)的能量集成，最后求得考慮能量集成豹優(yōu)化的用水網絡結構。該方法不僅可以應用于單雜質系統(tǒng)，也可以應用于多雜質系統(tǒng)；且能量集成不局限于水網絡內，可以在整個過程系統(tǒng)中進行，使能量的綜合利用更加合理。采用文獻上的實例進行了驗證。(2)以上用
4、水與用能分步優(yōu)化的設計方法，通常不能保證實現真正意義上的用水與用能同時最小化。數學規(guī)劃因具有同步優(yōu)化和同時處理多目標權衡的優(yōu)點成為同步設計的有效方法。由于工業(yè)生產中水網絡和能量網絡之間存在著交互性，且考慮能量集成的水網絡設計數學規(guī)模較大，因此水網絡設計中用水與用能同時最小化成為研究的難點和熱點。本文在以上分步優(yōu)化方法的基礎上，利用數學規(guī)劃，以系統(tǒng)用水與用能的總費用為目標函數，將多目標優(yōu)化問題轉化為單目標優(yōu)化問題，利用進化算法一模擬退火和遺傳算法的混合算法在較大的一個范圍內搜索，實現用水與用能的同步優(yōu)化設計。該方法同樣可以用于多雜質
5、系統(tǒng)，也是該方法的特點之一，且能量集成可以在全過程系統(tǒng)內進行，與分步設計法的優(yōu)化結果比摘要較說明同步優(yōu)化設計法是更為準確和有效的。(3)為了求解用水網絡優(yōu)化設計所形成的非凸NLP問題或混合整數NLP問題，本文開發(fā)了自適應模擬退火遺傳算法，為了提高運算速率，減小運算規(guī)模，在多雜質水網絡設計這一問題上，對該算法的評價函數進行了改進，即在保證準確的基礎上盡量減少變量的維數。它克服了確定性算法由于數值奇異找不到可行解而收斂困難或容易陷入局部最優(yōu)的局限性，自適應調整步長和溫降的策略提高了算法的運算速度和穩(wěn)定性，并且遺傳算法的加入彌補了其內層
6、由于具有歷史遺忘性難以實現全局優(yōu)化的不足。經過對非凸NLP問題的測試，表明該算法在收斂速度、以更大概率獲得全局最優(yōu)解方面具有良好的性能。該算法與用于能量集成的遺傳模擬退火算法的結合應用，使過程工業(yè)用水與用能實現同步優(yōu)化設計成為可能。(4)在水網絡設計中考慮能量集成的基礎上，對現有水網絡進行了柔性分析；或者在水網絡的設計中考慮柔性設計，以保證在水網絡操作參數發(fā)生變化時，水網絡結構具有一定的穩(wěn)定性，使水網絡的設計更接近實際過程工業(yè)的需要。關鍵詞：用水：用能；最小化：同步設計：自適應模擬退火遺傳算法：柔性分析與設計些!坐篁!．ABSTR
7、ACTEffectiveutilizationofwaterandenergyisthekeyfactorofsustmnabledevelopmentinprocessindustries，itisalsoallimportantscienceandtechnologyproblemneededtObesolvedinsystemsengineeringacademicresearch．Nowenergyintegrationtechnologyismoremature，andhasbeenappliedinprocessind
8、ustrieswidely．Massintegrationtechnologyrisesjustrecently,andhassomeimprovementsintheory．Waternetworkisakindofspecialmassexch
