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制冷装置优化:优化必要条件

2013-07-09 01:07:54 1286

随着现代科技和生产的发展,人们在设计一个工程系统时,总是希望得到一个最优的方案。所谓最优,往往表现为投资最少、利润最大、时间最省、产量最高、运行费最省等等。

从数学的角度看,最优化问题实质就是求最大最小的问题。第二次世界大战中,由于军事上的篙要,最优化的理论和方法才开始得到发展。60年代以来,最优化技术发展迅速,已成为一门新兴的学科,并且得到了广泛应用。应用最优化方法,可以在不增加投资或增加少量投资的情况下,获得很大的经济效益。

最优化技术与工程应用密切相关,大量的工程设计往往要求对各种可能的方案进行选择,或者对现有系统进行改造。这通常都要在各种人力、物力和技术条件的约束下,找到一种最佳的设计。最优化方法找到最佳方案而不用列举和计算所有可能的选择,在.于它应用了一定的数学方法。所谓的最佳往往表现为一个目标函数在满足一定约束条件下的极大或极小。

从工程实际出发,最优化并不仅仅是数学方法,它是为达到合理的技术设计而进行的数学和技术上的综合处理工作。在工程实际中主要有两种情况:使预定的代价(能源、材料或总投资等)得到最大的技术效果;用最小的代价得到预期的技术效果。

从优化的对象而言,制冷装置有两类优化问题:

1)各个部件或整个系统的优化问题,即用优化准则来优化各个部件或整个制冷系统。

2)运行参数的优化,即通过优化制冷装置的参数来节能。这可用于新设计的装置,也可用于已经运行的装置,其实质是根据实际条件来优化热力学过程。

因此,制冷装置设计的优化问题,就是确定一组设备结构和运行参数的最优值。显然,这与设计制造制冷机和设备的工程理论和实践是密切相关的。

优化可以是部分的,也可是综合的。部分优化与制冷机部件有关。嗣冷装置的综合优化包括各部件,如热交换器和机器。综合优化不仅要考虑各个部件的部分优化参数,还要考虑这些部件组合到翻冷循环及系统中的参数。

部分优化与综合优化的主要区别是,对给定髑冷量和蒸发温度的制冷装置来说,其它的过程或设计参数保持不变,而其中一个过程参数被优化。所以在装置中决定所选用部件的全套参数时,部分优化只处理一个或少量几个的独立参数。这种在计算机普及前就发展了的优化方法,适合于手工计算,而综合优化则需用计算机才能实现。

显然,对于钶冷装置的节能,最优化技术是十分重要而有力的工具。尤其对于制冷装置(系统)设计的节能,更为重要。但由于种种原因,最优化技术在制冷工程中的应用才开始起步。

为了把最优化方法用于具体工程问题,必须定义被优化系统的性能指标和约束条件,必须选择代表优化因素的独立变量,写出表示各变量之间关系的数学模型。这就是工程最优化的建模过程,也是最优化技术的关键。

对于一个需要最优化的问题,首先要选择一个性能指标。例如,设计一个换热器,可供选择的材料材质及规格很多,制造工艺也各不相同,选什么方案为最佳?这就首先要确定性能指标。指标可以是耗用的材料最少,或是体积尺寸最小,也可以是制造的成本最低。更常见的则往往是要求某个综合指标的最佳。

在许多实际工程问题中,一般选择一个经济指标,这个指标可以是总资本耗费最少,年运行费最少等等。但无论选择了什么样的性能指标,最优化总是指选择的系统有最小或最大的性能指标值。

一般情况下,在指标确定之后,相应的优化问题就有了确定的结果。指标不同,结果就不同。因而所锝的优化结论是否符合实际,是否可以采用,首先就决定于指标选得是否合适。例如在设计换热器时,如果把运行费最少作为指标,而不考虑投资,那么优化的结果将是换热面积无穷大,显然这是不合理的结果。为了选好指标,需要认真研究分析被优化对象的特征与条件,往往还需要从事被优化对象操作使用或研究工作人员的合作。