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《山东大学》 2009年
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基于模型的蒸汽压缩式循环系统的优化

丁绪东  
【摘要】: 蒸汽压缩式制冷循环系统是一种多干扰、参数强耦合、工况变化大、惯性强的非线性系统。随着人们节能和环保意识的增强,对该系统进行建模仿真以及有效地优化控制,逐渐成为人们关注的焦点。本文从学科交叉的角度,对该系统提出了一种基于模型的系统的全局优化方案。首先,从系统建模入手,通过对系统组件特性的分析,提出了两相流热交换器的混合建模方法,建立了冷凝器和蒸发器的混合模型,并进而把该方法推广到能耗组件压缩机的建模中去,建立了压缩机的混合模型。该建模方法的主要步骤包括:1)根据能量和质量守恒以及热力学定律,系统地表达出过程的基本控制方程;2)选择易测量、易控制且对系统性能影响较大的变量作为模型的输入/输出变量;3)给出一个能关联系统输入输出变量的独立方程。4)用线性或非线性的最小二乘法辨识未知参数。利用该建模方法建立模型有三个固有的优势:1)它们内含理论建模机理;2)在大范围工况下,它们比经验模型具有更好外延性;3)与理论模型相比,它们需要的计算量较少。实验和仿真的结果表明,各部件的模型不仅简单,而且均能够准确地预测各自的性能,非常适应于系统的实时控制和性能优化。然后,通过对影响系统性能各变量的分析,给出了整个优化问题的数学表达形式,并根据系统各部件的物理限制以及相互之间的影响,对此优化问题的约束进行了分析。最后,利用改进的遗传算法对该优化问题进行了求解,并给出了详细的运算步骤,以及与传统方法的比较结果。仿真结果表明,使用该优化方法可以使整个系统的性能具有明显的改善。本文的主要贡献在于提出了一种适合于两相流热交换器的混合建模方法和一种通用的系统的全局优化方法,以此来描述整个蒸汽压缩式制冷系统的优化问题,并进而对整个系统的性能进行优化,从而代替了传统的单个部件或部分系统的局部优化方法。该优化方法可以进一步推广的其他制冷系统和工业过程的性能优化中去。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB651

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