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聯(lián)合冷水機(jī)組的負(fù)載分配問題是工程中的一類優(yōu)化問題。在總負(fù)載需求一定的情況下,通過對(duì)冷水機(jī)組的負(fù)載分配達(dá)到降低總能耗的目的,這是一個(gè)約束優(yōu)化問題。不僅考慮機(jī)組降低能耗這一目標(biāo),還考慮機(jī)組性能更佳,這就是多目標(biāo)約束優(yōu)化問題。傳統(tǒng)的優(yōu)化算法受限于優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)特性,無法應(yīng)用于大多數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化問題。
隨著進(jìn)化算法的興起,多目標(biāo)進(jìn)化算法因?yàn)楸旧淼娜炙阉髂芰筒⑿行远鴱V泛應(yīng)用于此類問題。本文基于MOEA/D算法框架,通過進(jìn)行算法改進(jìn)以解決聯(lián)合冷水機(jī)組的負(fù)載分配的相關(guān)問題。本文的主要貢獻(xiàn)如下:(1)使用多目標(biāo)法解決約束優(yōu)化問題。通過多目標(biāo)法處理約束條件,以擴(kuò)大搜索范圍,避免算法陷入局部更優(yōu)解。
多目標(biāo)法同時(shí)可以求解出較多的更優(yōu)解集,以供抉擇者根據(jù)不同的誤差容忍度進(jìn)行選擇設(shè)置。
(2)使用改進(jìn)的分解策略處理目標(biāo)函數(shù)值范圍差異較大問題。
本文使用權(quán)重向量對(duì)多個(gè)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行聚合操作,而不同的目標(biāo)函數(shù)具有不同的值域范圍,從而導(dǎo)致個(gè)別目標(biāo)函數(shù)在最終的求解過程中獲得較大的影響力,而個(gè)別目標(biāo)對(duì)結(jié)果幾乎沒有存在感,為了消除這個(gè)影響,而對(duì)分解策略進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化改造,以統(tǒng)一取值范圍消除影響。(3)增加有偏支配關(guān)系,加快約束目標(biāo)函數(shù)處理速度。在約束條件改造為約束目標(biāo)函數(shù)后,雖然擴(kuò)大了搜索范圍,避免陷入局部更優(yōu),但是多一個(gè)搜索目標(biāo)就多了一些計(jì)算復(fù)雜度,為了減少此類消耗,本文增加了有偏支配的方式加快約束目標(biāo)的搜索過程,讓更多的計(jì)算能力用于原來目標(biāo)的搜索過程。
能源危機(jī)與氣候變化問題日益嚴(yán)峻,節(jié)能減排刻不容緩,而航運(yùn)業(yè)能耗巨大,且船舶節(jié)能法規(guī)要求日益嚴(yán)苛,船舶節(jié)能已成為造船界與航運(yùn)界研究的熱點(diǎn)問題。普通遠(yuǎn)洋貨船,在夏季或熱帶海域航行時(shí),一方面,廢氣鍋爐蒸汽余量大,且無法有效利用;另一方面,船舶制冷量需求劇增,制冷消耗電能大幅增長(zhǎng)。
本文主要針對(duì)遠(yuǎn)洋貨船的工況特點(diǎn),設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套適用于船舶工況的蒸汽噴射制冷冷水機(jī)樣機(jī)系統(tǒng),以期回收利用船舶廢氣鍋爐的余量蒸汽,并生成船舶亟需的冷量,為船舶節(jié)能做出貢獻(xiàn)。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:首先,工作蒸汽壓力為404370Pa,蒸發(fā)溫度為10℃,冷凝溫度為25℃,工作蒸汽功率為11.5kW,以上述參數(shù)為蒸汽噴射器設(shè)計(jì)工作參數(shù),采用等壓混合模型及數(shù)值模擬方法進(jìn)行計(jì)算,完成蒸汽噴射器結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)設(shè)計(jì),工作性能預(yù)測(cè),并根據(jù)以上結(jié)果,完成蒸汽噴射器的詳細(xì)設(shè)計(jì)。
其次,根據(jù)船舶工況特點(diǎn),提出了一種以閃蒸罐為蒸發(fā)器的蒸汽噴射制冷冷水機(jī)樣機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該方案與傳統(tǒng)的以間壁式熱交換器為蒸發(fā)器的樣機(jī)系統(tǒng)相比,不僅蒸發(fā)器換熱效率高,相同條件下獲得的冷水溫度低,且樣機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔。
以該方案進(jìn)行樣機(jī)部件設(shè)計(jì)與選型,完成樣機(jī)系統(tǒng)搭建,并通過樣機(jī)的運(yùn)行與性能測(cè)試,總結(jié)出樣機(jī)常見故障及排除方法,為其可靠性的提高提供技術(shù)保障。
最后,對(duì)搭建的蒸汽噴射制冷冷水機(jī)樣機(jī)系統(tǒng)的工作性能進(jìn)行了測(cè)試。
通過測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn):樣機(jī)在設(shè)計(jì)工況下,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),工作可靠,更高COP為0.32;在工作蒸汽壓力為401325Pa,冷水溫度為14.4℃時(shí),樣機(jī)更高COP為0.4。

冷水機(jī)組當(dāng)該樣機(jī)擬用于船舶工作間局部空氣降溫時(shí),通過對(duì)空調(diào)表冷器及其樣機(jī)與實(shí)船系統(tǒng)的耦合連接設(shè)計(jì)研究發(fā)現(xiàn):樣機(jī)各工作參數(shù)與實(shí)船系統(tǒng)各參數(shù)匹配合理;樣機(jī)在設(shè)計(jì)工況下,可用于為空調(diào)表冷器提供冷水,以達(dá)到為船舶工作間局部空氣降溫的