Министерство образования и науки Российской Федерации

Филиал федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего образования

«Национальный исследовательский университет «МЭИ»

в г. Смоленске

Кафедра промышленной теплоэнергетики

Направление 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника

профиль «Энергообеспечение предприятий, тепломассообменные процессы и установки»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Оптимизация тепломассообменных установок»

Студент группы ЭО-15(маг)

Симонов П.В.

Научный руководитель

Панченко С. В.

Смоленск 2015

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………...……3

Постановка задачи и исходные данные……………………………………...…..5

1. Оптимизация теплообменного аппарата……………………...………….....6

   1. Общие сведения о теплообменных аппаратах, их сущность и назначение………………………………………………………….....6

   2. Принцип работы кожухотрубчатого теплообменного аппарата....10

   3. Методика расчета кожухотрубчатого теплообменного аппарата..13

   4. Метод Ньютона……………………………………………………...18

   5. Программа оптимизации………………………….………………...20

   6. Программа оптимизации теплообменного аппарата……………...23

2. Оптимизация выпарной установки………………………………………...31

2.1. Характеристика процессов выпаривания............................................31

2.2. Методика расчета однокорпусного выпарного аппарата…………..38

2.3. Программа расчета оптимизации выпарного аппарата…………….43

3. Ректификационные колонны. Компьютерный подход………….………….47

3.1. Расчет ректификационных колонн непрерывного действия................................................……...................................……….473.2. Математические модели ректификационных колонн………...............................................................................................663.3. Расчет элементов и узлов ректификационных колонн....................68

3.4. Расчет ректификационных колонн и оптимизация их с помощью ЭВМ........................................................................................................................71

Список использованной литературы…………………....……………………...76

Введение

Проблема повышения энергетической и экономической эффективности технологического оборудования в значительной степени связана с процедурой оптимизации базовых тепло- массообменных процессов. При этом сравнительный анализ возможных решений может быть наиболее просто и мобильно выполнен в рамках модельных исследований.

В наиболее общей форме последовательность и содержание различных этапов реализации процедуры оптимизации реальных объектов с использованием их математических аналогов представлены в таблице №1.

Таблица №1 - Последовательность и содержание этапов решения задач оптимизации.

Наименование	Содержание
1. Общий анализ задачи оптимизации.	Предварительный общий анализ задачи оптимизации: анализ возможных вариантов технологических схем, выяснение типа задачи оптимизации и т.д.
2. Определение критерия эффективности или оптимизации.	Определение вида целевой функции оптимизации тепло- массообменных аппаратов.
3. Выбор оптимизирующих или управляемых переменных и анализ их влияния на критерий оптимизации.	Выявление качественного влияния оптимизирующих переменных на выбранную целевую функцию с учетом возможных ограничений.
4. Составление математической модели.	Установление в математической форме связи критерия оптимизации с управляемыми переменными, а также математической трактовки всех имеющихся ограничений.
5. Выбор алгоритма поиска оптимального значения.	Составление последовательности логических и вычислительных действий, обеспечивающих решение математической задачи нахождения экстремума критерия оптимизации в области изменений управляемых переменных. В практике математического моделирования наибольшее распространение получили графический способ записи алгоритма (блок-схемы) и запись алгоритма в виде последовательности шагов.
6. Программная реализация и проведение оптимизационных расчетов.	Реализация вычислительного алгоритма и поиск оптимальных значений целевой функции.
7. Внедрение результатов исследования.	Проверка на соответствие и применение на практике полученных результатов оптимизационных расчетов

Можно выделить два типа задач оптимизации - безусловные и  условные. 

Безусловная задача оптимизации состоит в  отыскании максимума или минимума действительной функции при действительных переменных и определении соответствующих значений аргументов на некотором множестве σ  n-мерного пространства. Обычно рассматриваются задачи минимизации; к ним легко сводятся и задачи на поиск максимума путем замены знака целевой функции на противоположный.

Условные задачи оптимизации, или задачи с ограничениями, это такие, при  формулировке которых задаются некоторые условия (ограничения) на множестве. Эти ограничения задаются совокупностью некоторых функций, удовлетворяющих уравнениям или неравенствам.

Ограничения-равенства выражают зависимость между, проектными параметрами, которая должна учитываться при нахождении решения. Эти ограничения отражают законы природы, наличие ресурсов т. п.

В результате ограничений область проектирования, определяемая всеми проектными параметрами, может быть существенно уменьшена в соответствии с физической сущностью задачи.

 При наличии ограничений оптимальное решение может соответствовать либо локальному экстремуму внутри области проектирования, либо значению целевой функции на границе области. Если ограничения отсутствуют, то ищется оптимальное решение на всей области проектирования, то есть глобальный экстремум.

В качестве объекта практического применения для решения задачи оптимизации были выбраны: работакожухотрубчатого теплообменного аппарата и технологический процесс абсорбции.