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采用智能进化算法的管壳式换热器详细设计
1
作者 李海东 张奇琪 +4 位作者 杨路 AKRAM Naeem 常承林 莫文龙 申威峰 《化工学报》 北大核心 2025年第1期241-255,共15页
管壳式换热器是石油、化工等过程工业中应用最广泛的热量回收设备,其数学模型通常是十分复杂的非线性优化问题,现有的商业求解器和优化算法存在运算时间长、收敛困难、易陷入局部最优等难题。针对这些难题,参考管壳式换热器制造标准,将... 管壳式换热器是石油、化工等过程工业中应用最广泛的热量回收设备,其数学模型通常是十分复杂的非线性优化问题,现有的商业求解器和优化算法存在运算时间长、收敛困难、易陷入局部最优等难题。针对这些难题,参考管壳式换热器制造标准,将换热器内构件尺寸定义成离散变量,分别以最小化换热面积、年度总费用、环境影响因子及最大化传热效率为目标函数,建立管壳式换热器详细设计的混合整数非线性规划模型。同时,对传统智能进化算法包括遗传算法、粒子群算法及模拟退火算法进行改进,使得换热器设计变量能够在一系列离散值中自由选择,不需要对优化结果进行人工圆整处理。案例测试结果表明,改进的智能进化算法能在1.0 s内得到最优设计方案,相对于全局求解器,优化时间节约99%以上,提高了优化求解效率;相对于局部求解器,改进的智能进化算法能够获取全局最优解,换热面积节约15.4%~56.6%,年度总费用节约15.8%~77.8%,保证设计质量。通过多目标优化在不同目标函数之间进行权衡,通过灵敏度分析展示了不同设计变量对目标函数的影响趋势。 展开更多
关键词 传热 管壳式换热器 优化设计 智能进化算法 多目标优化
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五彩湾次烟煤醇解可溶物的组成特征与不溶物的快速热解产物分布
2
作者 焦锟鹏 赵子涛 +8 位作者 犹成裔 莫文龙 郭凤娇 杨晓勤 张书培 郭佳 魏贤勇 樊星 AKRAM Naeem 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2449-2462,共14页
以异丙醇为溶剂在300℃对五彩湾次烟煤(WSBC)进行醇解,得到可溶物(SP)与不溶物(ISP)。GC/MS分析表明,SP中芳烃含量占比最大,质量分数为27.9%;其次是酚类化合物,说明含苯环的化合物在异丙醇醇解时更容易被提取。红外光谱表明,在脂肪族和... 以异丙醇为溶剂在300℃对五彩湾次烟煤(WSBC)进行醇解,得到可溶物(SP)与不溶物(ISP)。GC/MS分析表明,SP中芳烃含量占比最大,质量分数为27.9%;其次是酚类化合物,说明含苯环的化合物在异丙醇醇解时更容易被提取。红外光谱表明,在脂肪族和芳香族区域ISP的吸收峰强度相对于原煤都有明显的升高,说明醇解过程破坏了煤的大分子结构,通过断键和醇解反应产生新的官能团。从TG-DTG曲线可以看出,原煤失重率比ISP大,两者在400~500℃温度段内出现的第二个失重速率峰,其中WSBC在450℃失重速率达到最大,而ISP最大失重速率所对应温度向右移动(480℃),两样品在第二个失重峰温度区间内的热解反应最为剧烈,归属于有机质的热裂解和大量挥发。Py-GC/MS结果表明,WSBC与ISP在450℃热解产物中可检测的化合物均以脂肪烃和含氧化合物为主,醇解使含氧化合物明显下降,但是对ISP中含氮类化合物脱除不明显。 展开更多
关键词 次烟煤 醇解 组成与结构特征 快速热解 气相色谱/质谱
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耦合有机朗肯循环的换热网络全局优化
3
作者 杨路 AKRAM Naeem +2 位作者 常承林 莫文龙 申威峰 《华东理工大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期668-677,共10页
针对换热网络与有机朗肯循环耦合集成优化问题,建立了严谨的混合整数非线性规划(MINLP)模型。同时,通过添加与物流匹配的关键约束,剔除掉重复性的网络结构,开发了一种新型的枚举算法,将复杂的MINLP模型分解为混合整数线性规划(MILP)和... 针对换热网络与有机朗肯循环耦合集成优化问题,建立了严谨的混合整数非线性规划(MINLP)模型。同时,通过添加与物流匹配的关键约束,剔除掉重复性的网络结构,开发了一种新型的枚举算法,将复杂的MINLP模型分解为混合整数线性规划(MILP)和非线性规划(NLP)两个子模型。迭代运行MILP模型,枚举出所有可行的网络结构;再利用全局求解器BARON优化每一个网络结构所对应的NLP模型,求得固定结构的年度总费用;最后对比所有网络结构的年度总费用,筛选出全局最优的设计方案。案例分析结果表明,该算法仅需16 s就能收敛至全局最优解,与文献相比,年度总费用降低33.4%,且所提出的网络结构约束能使重复性的网络结构数量减少81.25%,从而提高算法的优化求解效率。 展开更多
关键词 换热网络 全局优化 能量回收 超结构 混合整数非线性规划
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俾路支褐煤有机结构特征及大分子模型构建
4
作者 任媛 莫文龙 +3 位作者 马亚亚 郭佳 魏贤勇 AKRAM Naeem 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期75-84,共10页
以巴基斯坦俾路支褐煤(BL)为研究对象,由元素分析得出BL化学式为C_(167)H_(130)O_(53)N_(2)S。经X射线光电子能谱(XPS)分析BL有机结构中氧、氮和硫元素存在形式。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)研究BL有机结构中主要官能团特征,-CH和-CH... 以巴基斯坦俾路支褐煤(BL)为研究对象,由元素分析得出BL化学式为C_(167)H_(130)O_(53)N_(2)S。经X射线光电子能谱(XPS)分析BL有机结构中氧、氮和硫元素存在形式。利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)研究BL有机结构中主要官能团特征,-CH和-CH^(2)为BL脂肪族结构中主要官能团。BL中苯环主要取代形式为三取代和四取代。运用核磁共振光谱(^(13)C-NMR)探究BL有机结构碳骨架结构。BL分子结构中,芳香桥碳与周碳之比X_(BP)为0.21,碳主要由芳香碳和脂肪碳2部分构成,其中脂肪碳质量分数53.23%,芳香碳占比41.93%。芳香结构以苯环和萘环为主,氧主要以羧基、羰基、醚氧和酚羟基形式存在,而氮主要以吡咯氮形式存在,硫主要为噻吩。建立BL二维分子结构模型,通过Materials Studio对其进行加氢饱和,构建BL分子模型三维立体结构,进一步优化所得分子模型,空间效果显著,得到能量最低的BL三维结构模型,发现范德华能是BL分子结构稳定的关键因素。通过计算得到的BL模型结构^(13)C NMR谱图与试验所测谱图基本一致,验证了所构建BL结构模型的合理性。 展开更多
关键词 褐煤 分子结构 核磁共振碳谱 红外光谱 X射线光电子能谱
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