冷水机组的负载分配问题

联合冷水机组的负载分配问题是工程中的一类优化问题。在总负载需求一定的情况下,通过对冷水机组的负载分配达到降低总能耗的目的,这是一个约束优化问题。不仅考虑机组降低能耗这一目标,还考虑机组性能更佳,这就是多目标约束优化问题。传统的优化算法受限于优化问题的目标函数特性,无法应用于大多数的多目标优化问题。
随着进化算法的兴起,多目标进化算法因为本身的全局搜索能力和并行性而广泛应用于此类问题。本文基于MOEA/D算法框架,通过进行算法改进以解决联合冷水机组的负载分配的相关问题。本文的主要贡献如下:(1)使用多目标法解决约束优化问题。通过多目标法处理约束条件,以扩大搜索范围,避免算法陷入局部更优解。
多目标法同时可以求解出较多的更优解集,以供抉择者根据不同的误差容忍度进行选择设置。
(2)使用改进的分解策略处理目标函数值范围差异较大问题。
本文使用权重向量对多个目标函数进行聚合操作,而不同的目标函数具有不同的值域范围,从而导致个别目标函数在最终的求解过程中获得较大的影响力,而个别目标对结果几乎没有存在感,为了消除这个影响,而对分解策略进行标准化改造,以统一取值范围消除影响。(3)增加有偏支配关系,加快约束目标函数处理速度。在约束条件改造为约束目标函数后,虽然扩大了搜索范围,避免陷入局部更优,但是多一个搜索目标就多了一些计算复杂度,为了减少此类消耗,本文增加了有偏支配的方式加快约束目标的搜索过程,让更多的计算能力用于原来目标的搜索过程。
能源危机与气候变化问题日益严峻,节能减排刻不容缓,而航运业能耗巨大,且船舶节能法规要求日益严苛,船舶节能已成为造船界与航运界研究的热点问题。普通远洋货船,在夏季或热带海域航行时,一方面,废气锅炉蒸汽余量大,且无法有效利用;另一方面,船舶制冷量需求剧增,制冷消耗电能大幅增长。
本文主要针对远洋货船的工况特点,设计并开发了一套适用于船舶工况的蒸汽喷射制冷冷水机样机系统,以期回收利用船舶废气锅炉的余量蒸汽,并生成船舶亟需的冷量,为船舶节能做出贡献。本文的主要研究内容如下:首先,工作蒸汽压力为404370Pa,蒸发温度为10℃,冷凝温度为25℃,工作蒸汽功率为11.5kW,以上述参数为蒸汽喷射器设计工作参数,采用等压混合模型及数值模拟方法进行计算,完成蒸汽喷射器结构尺寸参数设计,工作性能预测,并根据以上结果,完成蒸汽喷射器的详细设计。
其次,根据船舶工况特点,提出了一种以闪蒸罐为蒸发器的蒸汽喷射制冷冷水机样机系统的设计方案。该方案与传统的以间壁式热交换器为蒸发器的样机系统相比,不仅蒸发器换热效率高,相同条件下获得的冷水温度低,且样机系统简洁。
以该方案进行样机部件设计与选型,完成样机系统搭建,并通过样机的运行与性能测试,总结出样机常见故障及排除方法,为其可靠性的提高提供技术保障。
最后,对搭建的蒸汽喷射制冷冷水机样机系统的工作性能进行了测试。
通过测试结果发现:样机在设计工况下,运转平稳,工作可靠,更高COP为0.32;在工作蒸汽压力为401325Pa,冷水温度为14.4℃时,样机更高COP为0.4。

冷水机组当该样机拟用于船舶工作间局部空气降温时,通过对空调表冷器及其样机与实船系统的耦合连接设计研究发现:样机各工作参数与实船系统各参数匹配合理;样机在设计工况下,可用于为空调表冷器提供冷水,以达到为船舶工作间局部空气降温的