基于代理模型的马蹄焰玻璃窑蓄热室参数辨识及优化

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马蹄焰玻璃窑炉是生产玻璃的热工设备。蓄热室作为一种马蹄焰玻璃窑炉的典型的能源回收设备,在热工领域上发挥重要作用。对蓄热室进行能效优化有利用节省成本和保护环境。如何实现蓄热室模型的构建和优化是解决其能耗问题的关键。目前,蓄热室的建模方法主要有实验法、解析法和数值模拟法。实验法因其材料和人工成本,存在不足。解析法因数学公式难以精确表达蓄热室物理过程,也有不足。数值模拟法只需在计算机上进行,方便实现的特点适合与构建蓄热室模型。针对现有蓄热室建模时间长、精确性的问题和蓄热室的能效优化问题,本文建立了一套解决这些问题的方案。该方法首先对蓄热室进行计算流体力学建模。其次再针对蓄热室的热物性参数不确定性的问题进行基于Kriging代理模型的辨识。最后针对单一代理模型的适用性提出新的组合代理模型,并在此组合代理模型基础上进行多目标优化,从而获得最优工艺和结构参数。本文主要研究内容如下:(1)针对蓄热室温度模型的构建问题,采用基于计算流体力学模型的方法模拟蓄热室的实际运行情况。通过Solidworks建立了蓄热室的三维模型,其次对其导入到ANSYS进行了网格划分和设置边界条件、模型参数与材料参数。最终获得了初步的仿真结果。(2)针对蓄热室的计算流体力学模型中热参数不确定性问题,提出一种基于Kriging-TLBO算法的蓄热室热物性参数辨识方法。首先,使用Sobol灵敏度分析法来挑选需辨识的参数,以降低辨识复杂度。同时,采用Kriging模型作为参数辨识的替代模型,使用最大期望加点准则来提高模型精度。最后,结合TLBO智能优化算法辨识了蓄热室的热物性参数。(3)针对蓄热室的能效如何优化的问题,采用基于代理模型的优化。对于单一代理模型的适用性问题,结合组合模型的研究现状,提出了一种自适应组合代理模型方法。该方法在评价加权平均系数的情况下,首先对各模型进行了筛选,效果不佳的模型将被排除。筛选后的模型使用Acar所提出的加权平均方法计算系数。在评价逐点加权系数中,使用综合考虑局部交叉验证误差和距离因素的逐点加权准则方法。该方法在测试函数验证后,效果可靠。(4)结合自适应组合代理模型对蓄热室蓄热期进行多目标优化。基于ANSYS Fluent仿真平台,结合蓄热室的设计要求,建立了以蓄热时间、进口速度、孔隙率和当量直径为设计变量,蓄热容量、蓄热速率和蓄热效率作为性能指标的组合代理模型的。运用SPEA-II多目标算法对构建的蓄热室组合代理模型进行了优化求解,得到了蓄热室工艺及结构参数的最优解。
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