計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外的電子白粉、建筑恕琅、紡織蛆骨、通用機(jī)械等行業(yè)得到了迅速的發(fā)展水亮，開(kāi)發(fā)出了大量的實(shí)用軟件產(chǎn)品刽软，而作為機(jī)械行業(yè)之一的鍋爐行業(yè)的CAD技術(shù)發(fā)展卻比較慢。鍋爐的設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)迭代的過(guò)程枢菇，必須對(duì)多個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化比較奏散，才能得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

　　目前的鍋爐設(shè)計(jì)仍采用傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)噩拼，為了提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量君铁、縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，推動(dòng)鍋爐行業(yè)CAD技術(shù)的發(fā)展据块，浙江大學(xué)化工機(jī)械研究所和國(guó)家九五CAD應(yīng)用示范點(diǎn)之一的杭州鍋爐廠共同合作，開(kāi)發(fā)了《杭州鍋爐廠CAD應(yīng)用系統(tǒng)》折剃，受到了專(zhuān)家的好評(píng)另假。

　　鍋爐受熱面優(yōu)化模型的建立

　　鍋爐是個(gè)復(fù)雜的熱工機(jī)械系統(tǒng)，其優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)不能用顯函數(shù)明確地表達(dá)出來(lái)怕犁。影響鍋爐設(shè)計(jì)質(zhì)量的因素比較多边篮，如燃料性質(zhì)、爐型選擇奏甫、爐膛熱負(fù)荷的合理選擇戈轿、各種對(duì)流受熱面煙氣流速的選取凌受、各段煙溫的選取等等。鍋爐設(shè)計(jì)涉及到燃燒學(xué)思杯、傳熱學(xué)胜蛉、流體力學(xué)、環(huán)鄙科學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)之外誊册，還要進(jìn)行熱力計(jì)算、煙風(fēng)阻力計(jì)算圾框、水動(dòng)力計(jì)算窘吟、受壓元件強(qiáng)度計(jì)算、壁溫計(jì)算等等残团，所以設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮這些因素蠕蹋。

　　顯然最優(yōu)的鍋爐設(shè)計(jì)模型是在滿足基本約束的情況下，以經(jīng)濟(jì)性作為目標(biāo)函數(shù)画眯。我們知道阔渔，在設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)，選用較低的排煙溫度归闺，鍋爐效率上升定邪，燃煤量下降，運(yùn)行成本降低;另一方面临辨，鍋爐尾部受熱面溫壓下降买臣，受熱面面積增加，鍋爐造價(jià)上升筏拢，且煙風(fēng)阻力提高术陶。按以上分析得到最經(jīng)濟(jì)鍋爐效率的優(yōu)化模型。

　　目標(biāo)函數(shù):

　　式中xi——第i段鍋爐受熱面積煤痕，m2;

　　yi——第i段鍋爐受熱面單位面積生產(chǎn)成本梧宫，元/m2;

　　m——鍋爐受熱面的段數(shù)。

　　約束條件:①保證穩(wěn)定摆碉、連續(xù)燃燒;②工質(zhì)參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求;③各段煙溫塘匣、工質(zhì)溫度滿足安全性要求，滿足強(qiáng)度計(jì)算巷帝、壁溫計(jì)算忌卤、水動(dòng)力計(jì)算的安全性檢驗(yàn)，防止受熱面結(jié)渣;④各段受熱面的煙速不能大于受熱面最大允許速度;⑤排煙溫度應(yīng)高于煙氣酸露點(diǎn);⑥尾部受熱面雙級(jí)布置時(shí)滿足最佳配合條件;⑦受熱面幾何尺寸滿足工藝及布置要求楞泼。

　　優(yōu)化模型求解策略

　　鍋爐優(yōu)化設(shè)計(jì)模型中既有連續(xù)變量又有離散變量驰徊，屬于混合離散規(guī)劃問(wèn)題。而現(xiàn)有較為成熟的工程優(yōu)化方法堕阔，均為連續(xù)變量的優(yōu)化方法棍厂。從表面上看颗味，上述優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為線性函數(shù)，實(shí)質(zhì)上以上目標(biāo)函數(shù)十分復(fù)雜牺弹，各受熱面面積的確定是通過(guò)鍋爐熱力計(jì)算鹃改、煙風(fēng)阻力計(jì)算得到的。上述約束函數(shù)也非常復(fù)雜牛跷，涉及壁溫安全性檢驗(yàn)(需進(jìn)行壁溫計(jì)算)和水動(dòng)力計(jì)算等定合，幾何尺寸為混合變量(如管徑、排數(shù)等為整型變量)叛榆。針對(duì)鍋爐優(yōu)化模型的特點(diǎn)喂惜，我們對(duì)傳統(tǒng)的正交試驗(yàn)法進(jìn)行改進(jìn)，來(lái)解決鍋爐受熱面優(yōu)化模型的求解問(wèn)題码遥。

　　正交試驗(yàn)法是用正交表來(lái)解決混合離散變量的優(yōu)化問(wèn)題服半，近年來(lái)在很多領(lǐng)域的優(yōu)化設(shè)計(jì)中獲得廣泛應(yīng)用，但通常的正交試驗(yàn)法用于復(fù)雜的鍋爐優(yōu)化模型時(shí)有一定的局限性班粥，主要表現(xiàn)在目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)較為復(fù)雜滤灸，并且可行域?yàn)榉沁B續(xù)，常常僅能得到一個(gè)局部最優(yōu)點(diǎn)溜勃，且有時(shí)該點(diǎn)與全局最優(yōu)點(diǎn)有時(shí)相差較遠(yuǎn)翁旁，因此，對(duì)原優(yōu)化模型做了如下改進(jìn)廉丽。

　　2.1利用增廣目標(biāo)函數(shù)代替原目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解

　　根據(jù)連續(xù)變量懲罰函數(shù)的思想倦微，引進(jìn)懲罰函數(shù)來(lái)構(gòu)造增廣目標(biāo)函數(shù)

　　式中:ri——懲罰因子;

　　f(x)——目標(biāo)函數(shù);

　　m——約束個(gè)數(shù);

　　gi(x)——約束函數(shù);

　　ui(gi)——單位階躍函數(shù)。

　　這樣正压，通過(guò)比較增廣目標(biāo)函數(shù)的大小來(lái)確定迭代好點(diǎn)欣福，避免了因經(jīng)過(guò)迭代計(jì)算找不到可行點(diǎn)而無(wú)法確定理想迭代點(diǎn)的情況，使迭代能較快地進(jìn)行下去焦履。

　　2.2每輪采用不同的正交表

　　多輪計(jì)算采用正交試驗(yàn)時(shí)拓劝，每輪若采用不同的正交表，則可找到多個(gè)局部最優(yōu)點(diǎn)嘉裤，從而有可能找到全局最優(yōu)點(diǎn)或近似全局最優(yōu)點(diǎn)郑临。

　　定義:n水平位移。

　　將正交表的某一列的所有水平數(shù)字均加一個(gè)不大于t的自然數(shù)n(t為水平數(shù))屑宠，若相加后大于t厢洞，則再將其減去t，我們稱(chēng)這樣的處理為對(duì)正交表的這一列作n水平位移侨把。所謂n水平位移，實(shí)際上也就是對(duì)正交表的一列中兩種不同的水平數(shù)字依次進(jìn)行互換妹孙，共經(jīng)過(guò)(t-1)次水平置換秋柄。所以考叽，對(duì)正交表的一列或若干列做n水平位移屬于正交表的初等變換。由n水平位移所得的正交表應(yīng)是同構(gòu)表主渤。

　　定理:如果將正交表Ltu(tq)的u列基本列保持不變连碎，其余(q-u)列作n水平位移，那么:

　　(1)可以構(gòu)造出t(q-u)張同構(gòu)表;

　　(2)這t(q-u)張同構(gòu)表中任何兩行均不相同;

　　(3)這t(q-u)張同構(gòu)表是互不相同的瘪叉。

　　由上面定理知弧哥，可通過(guò)對(duì)正交表的(q-u)列分別作n水平位移來(lái)構(gòu)造不同的正交表，從而使每輪迭代均可采用不同的正交表药扒，找到一個(gè)不同的局部最優(yōu)點(diǎn)榆眷。通過(guò)不斷構(gòu)造同構(gòu)表，就可得到很多局部最優(yōu)點(diǎn)隙殴。當(dāng)局部最優(yōu)點(diǎn)的數(shù)目達(dá)到一定值或局部最優(yōu)值在預(yù)定的范圍內(nèi)時(shí)屡旺，即可認(rèn)為某一局部最優(yōu)點(diǎn)已落在全局最優(yōu)點(diǎn)的周?chē)俗顑?yōu)點(diǎn)即我們認(rèn)為的最好的局部最優(yōu)點(diǎn)掷栋，然后在其周?chē)s小求解范圍端制，即以此點(diǎn)為中心進(jìn)行2水平或3水平正交表尋優(yōu)，就有可能找到全局最優(yōu)點(diǎn)邦鲫。

　　受熱面的優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　在傳統(tǒng)的受熱面設(shè)計(jì)過(guò)程中灸叼，需要套用幾十個(gè)公式，查閱大量的曲線和表格庆捺，耗用大量時(shí)間古今，無(wú)法連續(xù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)非常困難疼燥。因而沧卢，設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)主要工作就是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中完成受熱面的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)公式，并將大量的圖表和曲線用公式來(lái)進(jìn)行擬合醉者。

　　3.2參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　在參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中但狭，用正交設(shè)計(jì)的方法多輪進(jìn)行調(diào)優(yōu)，以給定初始條件下的最小受熱面積為考核指標(biāo)撬即，尋找各參數(shù)直接的最佳組合立磁。選用L9(34)正交表。第一輪參數(shù)優(yōu)化的中心水平直接取計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果剥槐，上下兩水平在一定范圍內(nèi)適當(dāng)擴(kuò)展唱歧。每輪參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，下一輪的因素中心水平為前次目標(biāo)函數(shù)值最小的一組設(shè)計(jì)條件助潭，第一烙凝、第三水平按中心水平上下范圍適當(dāng)擴(kuò)展，計(jì)算機(jī)多輪調(diào)優(yōu)打且，直到各因素的極差均小于10為止宠录。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開(kāi)資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)椅损，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)祸麸，也不構(gòu)成任何其他建議吉挎。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳椭斜，對(duì)此類(lèi)作品本站僅提供交流平臺(tái)氨固，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻揣煤、圖片解瀑、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)第一時(shí)間告知酱赘，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容鬓催，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn恨锚。