4. Декомпозиционные методы оптимизации хтс

Декомпозиционными методами оптимизации ХТС обычно называют методы, которые сводят задачу оптимизации целой системы к последовательности задач оптимизации ее подсистем с использованием соответствующих критериев оптимальности. Идея такого подхода естественным образом вытекает из иерархической структуры ХТС и их способности к разделению. Декомпозиционные методы сводят задачу оптимизации схемы в известном смысле к взаимосвязанным задачам оптимизации отдельных подсистем ХТС. Взаимосвязь отдельных задач оптимизации, как уже указывалось, обусловлена взаимодействием подсистем, учитываемым тем или иным приемом децентрализации и декомпозиции общей проблемы оптимизации.

Структура ХТС учитывается при использовании декомпозиционных методов оптимизации. Они позволяют в каждом конкретном случае снизить размерность задачи и тем самым облегчить ее решение.

5. Методы решения задачи синтеза тепловых систем. Эвристические правила синтеза

Для синтеза и оптимизации технологических схем теплообмена системы применяют специальные методы - эвристические, комбинаторные, комбинаторно-оценочные , температурно-энтальпийные диаграммы и пинч-метод.

При синтезе систем теплообмена, вне зависимости от метода синтеза, всегда используются три основных эвристических правила:

1. Теплообмен между горячими потоками или теплоносителем и холодными потоками или хладоагентами осуществляется последовательно в порядке уменьшения их температур, т.е. горячий поток с максимальной температурой на входе связывается теплообменом с холодным потоком с максимальной температурой на выходе; горячий поток со средней температурой на входе связывается теплообменом с холодными потоками со средней температурой на выходе и наконец, горячий поток с минимальной температурой на входе связывается теплообменом с холодным потоком с минимальной температурой на выходе.

2. Если температура теплоносителя выше максимальной температуры горячих потоков, подогреватели ставят в конце схемы, т.е. на выходе холодного потока, и если температура хладоагента ниже минимальной температуры холодных потоков, холодильник устанавливают также в конце схемы, т.е. на выходе горячего потока.

3. Стоимость системы теплообмена уменьшается при уменьшении в ней числа теплообменников.

Эвристические методы

Три основных эвристических правила, приведенные выше, используются во всех методах синтеза, включая и такие, как метод структурных параметров, метод назначений и др. В собственно эвристических методах синтеза эвристики используются для выбора очередной пары потоков при поиске на дереве вариантов. Эвристики основаны на инженерной интуиции и обобщении опыта проектирования систем теплообмена.

Для выбора очередной пары поток, вступающих во взаимный теплообмен, следует выбирать:

1. горячий поток с наиболее высокой температурой на входе и холодный поток с наиболее высокой температурой на выходе теплообменника;

4. холодный поток с наиболее низкой температурой на входе и горячий поток с наиболее низкой температурой на выходе теплообменника;

5. Потоки с максимальными начальными температурами;

6. Потоки, между которыми передается максимальное количество теплоты;

7. Потоки с минимальными начальными температурами;

8. Потоки, после теплообмена между которыми затраты на дополнительный нагрев и/или охлаждение минимальны.

Скорость решения задач синтеза с помощью эвристических методов существенно превосходит скорость любого аналитического комбинаторного метода. Это объясняется тем, что с помощью эвристик происходит существенное сокращение дерева вариантов. Полное дерево вариантов содержит N вариантов. При использовании эвристик, число перебираемых вариантов равно.

Алгоритм синтеза тепловых систем эвристическим методом содержит следующие основные операции:

1. Проверяется возможность осуществления операции теплообмена между каждым горячим и холодным потоками; пары потоков, для которых теплообмен реализуется, образуют таблицу пар обрабатываемых потоков;

9. Из набора эвристик выбирается одна;

10. При помощи этой эвристики из таблицы пар выбирается одна пара; для нее рассчитываются конечные температуры холодного и горячего потоков ();

11. Таблица пар потоков перестраивается; если достигли заданных конечных температур, то эти потоки вычеркиваются из таблицы пар, в противном случае значенияпринимаются в качестве начальных температур оставшихся необработанными потоков;

12. Пункты 1-4 повторяются, пока не будут исчерпаны все пары обрабатываемых технологических потоков;

13. Потоки, не достигшие заданных температур, подвергаются нагреву (охлаждению) в нагревателях (холодильниках) вспомогательными теплоносителями.

14. Рассчитываются приведенные затраты на реализацию синтезированной системы; запоминается структура синтезированной системы, если полученное решение является более экономичным по сравнению с ранее полученным;

15. Весь процесс повторяется, начиная с п.1, если не исчерпано заданное число попыток синтеза; в противном случае результатом является система с минимальными приведенными затратами.

Основными достоинствами эвристических методов являются их простота и быстрота получения решения, поэтому эвристические методы применимы для решения больших задач, в которых получить решение аналитическими методами занимает очень много времени. Но эвристические методы – принципиально приближенные методы и в особо неблагоприятных случая они могут давать решение, значительно отличающееся от точного оптимального решения.