符 号 说 明
ｃ —— 由制造 与运 行条 件确定 的系数 ，： ， ， ， ； ｉ １２ … ５
关联 ， 设 计 过程 中一 直 为热 学 界所 关 注 。加之 在
Ｇ—— 换 热器 的总 质 量 ，ｇ ｋ；
换热 器 的使 用条 件 和 环境 不 同 ， 因此其 寻 优 方法
△ — — 烟 气 侧 流 阻 降 ， ／ 。 ｐ Ｎｍ； △ — — 空 气 侧 流 阻 降 ， ／ ｐ Ｎｍ；
遗 传 算 法 求 解 。优 化 结果 表 明 ， 热 器的 年 成 本 有 了明 显 的 降低 。 换
关 键词 蓄 热 式换 热 器 改 进 遗传 算 法 优 化 设 计 中 图分 类号 Ｔ ０ １５ Ｑ ５． 文 献 标 识 码 Ａ 文章 编 号 ０ ５ ￣ ９ （ ０ ０ ０ ４ ２ ２ ４ ０ ４ ２ １ ） ４ ｌ ３
ｔ ｔ 、ｋ — 分 别 为 空气 进 口温度 及 出 口平 均 温 度 ， ； — ℃
Ｄ—— 蓄 热式 换 热 器 的直 径 ， ｍ；
— —
蓄 热部 分 的长 度 ， ｍ；
和结 构约束 ， 换 热设 备 的 年运 行 费 用作 为 寻优 将
目标 函数 ， 运用 改进遗传 算法 进行求 解 。
—
—
、
在 蓄热式 换热器 中， 、 冷 热流 体交替地 流过 同
一
固体 传热面及 其 所 形 成 的通 道 ， 依靠 构 成 传 热
面的物体 的 热容 作 用 （ 热 或放 热 ） 实 现 冷 、 吸 ， 热 流体 之 问的 热交 换 … 。蓄 热 式 换 热 器 有 受 热 面
选择 的参 数称为设计变量 ， 对设计 变量 的取 值加 以
１ 蓄 热 式 换 热 器 优 化 模 型 的 建 立
ｂ— — 烟 气 流 通 面 积 比 ； 。 ｂ— — 空 气 流 通 面 积 比 ；
— —
转子（ 风罩 ） 或 的转 速 ， ｈ ｒ ； ／ 烟气流速 ，／； ｍｓ 分别 为 空气 和烟 气 介 质 的 体 积 流 量 ， ｈ ｍ／ 。
的年运行 费用作 为 目标 函数进行优化设 计。
１ １ 设 计 变 量 ．
蓄热式 换热 器 的全 部 状 态 参 数 变 量 共 有 １ ３
个， 因有 ４个过 程 的物 理 方 程 以及 ４个 由外 部 联
系条件所 确定 的变量 ， 故独 立变 量为 ５个 。由
方 面 。 于其 设计 受 到多 变 量 的 约 束 ， 又 相 互 由 且
限制 的条件 称为 约束 条件 。文 中以 蓄热式 换热 器
回转式 和风罩 回转式 两 种 ： 者是 由转 子转 动 使 前 烟气 和空气交 替 冲刷 蓄 热 元件 ； 者 是 由风 罩 转 后 动使烟气 和空气 交替 冲刷 蓄热元件 。该换 热器适
用 于流量 大 的气 一 热 交 换 场合 ， 动力 、 酸盐 气 如 硅 及石 油化 工 等 工 业 中的 余 热 利 用 和 废 热 回收 等
４２ ｌ
化
工 机
械
２１ ０ ０正
蓄 热 式 换 热 器 的 优 化 设 计
王 维 刚
（ 庆石 油 学 院 ） 大
摘
要
提 出 了一 种 基 于 改进 遗 传 算 法的 蓄 热 式 换 热 器优 化 设 计 方 法 。 该 方 法 以换 热 器 直径 、 热 部 蓄
分 的 长度 、 （ ） 体 的 流 通 面积 比 、 子 的 转 速 及 烟 气 出 口平 均 温 度 ６个 独 立 变量 作 为 优 化 设 计 变 冷 热 流 转 量， 考虑 了 由技 术 条 件 限 制 的 工 艺和 结构 约 束 ， 换 热 设 备 的 年 运行 费 用作 为 寻 优 目标 函 数 ， 用 改 进 将 运
、 — —
也有所 不 同。笔者 运用 改进遗 传算 法 以换 热器 的 直径 、 蓄热部 分 的长度 、 （ ） 体 流通 面积 比、 冷 热 流
转 子 的转 速及 烟气 出 口平 均温度 ６个独 立变量 作 为优化设 计变 量 ， 虑 了 由技 术条 件 限 制 的工 艺 考
分 别 为 烟 气 进 口温度 及 出 口平 均 温 度 ， ； ℃
计 中 的设 计 变 量 取 为 ：
Ｘ ＝（ ， ， ， ， ， ） ｌ ３ ４ ５ ６ ＝（ Ｌ， ， ｋ ， ） ２ Ｄ， ｂ ｂ ，
拟生 物在 自然 环境 中的遗传 和进 化 过程 而形成 的
一
种 自适 应全 局优 化 概率搜 索算 法 。工 程应用 实
遗传 算 法 （ ｅｅｉ Ａ ｇｒｈ Ｇ Ｇ ｎ ｔ ｌ ｉ ｍ， Ａ） ｃ ｏｔ
是 模
变量 ， 传热 方 程 作 为 等 式 约 束 条 件 来 处理 。于 把
是把 蓄 热式换 热 器 的直径 Ｄ、 热 部分 的长 度 、 蓄 烟气 流 通面 积 比 ｂ 、 气 流通 面积 比 ｂ 、 子 （ 空 转 或 风罩 ） 的转速 ｎ及 烟 气 出 口平 均温 度 Ｏ＂ ｙ ６个 状 态 参数 看作 独 立变 量 ， 是在 蓄热 式 换 热 器 优 化 设 于
￥ 王维 刚 ， ，９６年 ３月 生 ， 师 。 黑 龙 江省 大庆 市 ，６ ３ ８ 男 １７ 讲 １３ １ 。
第３ ７卷 第 ４期
化 工 机 械
２ 基 于 改 进 遗 传 算 法 的 参 数 优 化
４３ １
于传 热方 程是 烟气 出 口平 均温 度 ” 隐 函数 ， 的 给 优化 求解 带来 一定 困难 ， 因此 可 以将 作 为独 立
——ຫໍສະໝຸດ 优化设计 的过程 简单 地说 就是从 所 有满 足需
求 的可行 方案 中寻求 一种 能达 到预期 目标 的最 优 方案 。这种 预期 是多样性 的 ， 在蓄热 式换热器 的设 计 中， 可作为 目标 的有 动力负 荷最 小 、 热 器质 量 换 最轻 以及年 运行 费用最 低等 。这些 用来 评 价和追 求最 优设计方案 的函数称 为 目标函数 ， 涉及 到方案