陶瓷辊道窑结构多目标优化方法的研究

论文摘要

近年来,国际能源市场相对紧张,全球环境污染日益严重,世界上各个国家都在竭力利用现代科学技术手段进行工业改造。根据我国节能减排的政策,结合湖北省重大专项-高性能陶瓷窑炉装备关键技术开发及示范（项目编号：2007DA111）,论文以计算流体力学和燃烧学等学科为理论依据,以陶瓷工艺要求为准则,以计算机科学与技术为手段,对陶瓷辊道窑的温度场、速度场以及污染物排放进行了探索研究。论文的工作主要包括以下几个方面：（1）运用均匀设计理论安排试验方案,以选取最少的样本来获取最全面的整体信息。论文要研究的是陶瓷辊道窑结构的多目标优化,其中影响到考察目标的相关影响因素较多,不可能穷举试验,所以通过均匀设计方法设计实验方案可以达到目的。（2）根据辊道窑的实际热工特性和设计经验,采用CFD方法进行数值模拟计算。论文重点讨论了CFD计算中湍流模型、辐射模型、燃烧模型以及污染物模型等热动力学模型的建立与参数设置方法,运用有限体积法思想对各个数学模型进行离散化方法及用SIMPLE算法进行求解的方法。（3）运用数理统计中的多元回归理论对燃烧试验结果进行二项式拟合,得出陶瓷辊道窑的多目标优化模型。（4）运用基于拥挤距离的多目标粒子群算法对优化模型进行寻优计算,最终获得大量的PARETO解集以供后续决策人员进行决策。总之,论文以陶瓷窑炉内部温度场的均匀性、污染物的排放量为综合评价指标,采用基于拥挤距离的多目标粒子群优化算法应用在陶瓷辊道窑的结构优化方面。论文的总体研究对陶瓷辊道窑的结构优化具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 陶瓷辊道窑的国内外研究现状
• 1.3 多目标优化方法的国内外研究现状
• 1.4 课题研究的内容及论文的结构
• 1.4.1 课题研究的内容
• 1.4.2 论文的结构安排
• 第2章 陶瓷辊道窑燃烧数值模拟的方法
• 2.1 陶瓷辊道窑燃烧的数值模拟工具
• 2.1.1 前处理模块
• 2.1.2 求解器
• 2.1.3 后处理模块
• 2.2 陶瓷辊道窑燃烧的数学模型
• 2.2.1 湍流模型
• 2.2.2 燃烧模型
• 2.2.3 辐射模型
• 2.2.4 污染物模型
• 2.3 数学模型的离散化方法
• 2.3.1 二阶迎风格式
• 2.3.2 SIMPLE算法
• 2.4 小结
• 第3章 多目标优化模型的建立
• 3.1 均匀设计
• 3.1.1 均匀设计理论
• 3.1.2 燃烧试验方案的建立
• 3.2 陶瓷辊道窑燃烧仿真计算
• 3.2.1 陶瓷辊道窑燃烧的温度场仿真计算及其结果分析
• 3.2.2 陶瓷辊道窑燃烧的速度场仿真计算及其结果分析
• 3.2.3 陶瓷辊道窑燃烧的污染物仿真计算及其结果分析
• 3.3 多目标优化模型
• 3.3.1 回归理论
• 3.3.2 辊道窑优化模型的建立
• 3.3.3 回归试验结果
• 3.4 小结
• 第4章 陶瓷辊道窑结构的多目标优化
• 4.1 多目标优化问题描述
• 4.2 多目标优化的方法
• 4.3 经典粒子群算法
• 4.4 多目标粒子群算法
• 4.4.1 更新外部种群
• 4.4.2 更新全局最优值
• 4.4.3 小概率变异
• 4.5 多目标粒子群优化算法在陶瓷辊道窑结构优化中的应用
• 4.5.1 陶瓷辊道窑结构多目标优化数学模型描述
• 4.5.2 算法应用结果
• 4.6 小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:攻读硕士学位期间发表的学术论文