基于多场协同的煮糖设备全局协调设计优化方法研究

基本信息
批准号:51465003
项目类别:地区科学基金项目
资助金额:48.00
负责人:蒙艳玫
学科分类:
依托单位:广西大学
批准年份:2014
结题年份:2018
起止时间:2015-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:陆冠成,马俊燕,唐治宏,董振,韦锦,黄晓冬,郑康元,胡飞红,陈庆伟
关键词:
多场协同多学科优化广义场混合自适应遗传算法火用分析
结项摘要

The sugar production industry has always maintained an important position in Guangxi. The sugar qualities, quantities and energy consumption are determined by the synergy of multiple fields, as well as the temperature, flow, concentration and impurity of the sugar process are also involved. Not only does the strong coupling in sugar equipment complicate the production, but also the outdated technology applied in the equipment compromises the potential for improvement. Regarding to this situation, our groups propose a novel method to analyze the mechanism of multiple fields interaction in sugar boiling process. This method tempts to take advantage of the latest technologies, like exergy analysis, field synergy and optimization methods from several subjects, to build a model for global coordination optimization of sugar production equipment and to develop a solution strategy for hybrid and adaptive genetic algorithm based on niche technology. Evaluation index for the overall system synergy has also been put forward. Indeed, we are trying to optimize the synergy in the sugar equipment in a way to strength the heat and mass transfer and phase change of sugar process. Interaction force has proved to be successfully adjusted during the production process. Not only is the significant improvement of the sugar equipment productivity and process performance expected, but also the qualities and quantities of sugar production.

蔗糖是广西支柱产业,煮糖工序是制糖生产关键环节,煮糖设备是多物理场耦合的复杂系统,多场相互作用直接影响煮糖过程温度效应、流动效应、浓度和杂质效应并最终影响蔗糖质量、产量和过程能耗。针对目前国内煮糖装备技术严重落后,缺乏此类多场耦合复杂产品设计方法现状,项目创新性的将火用分析、场协同原理和多学科设计优化方法有机结合起来,引入广义场协同的概念,分析煮糖系统多场耦合协同作用机理,研究基于多场协同的煮糖设备全局协调设计优化模型建立的方法和一种基于小生境技术的混合自适应遗传算法的求解策略,研究系统全局有效耦合协同合理可行评价指标。旨在通过煮糖设备全局协同优化,协调生产过程各种相互作用力,强化煮糖过程传热、传质和相变效果,利用有效协调耦合打破传统热力系统对煮糖结晶过程的限制, 大幅提高煮糖设备生产能力及工艺性能, 降低过程控制难度和能耗,提高蔗糖质量和产量,并形成此类设备一种创新设计优化的方法。

项目摘要

国内甘蔗制糖企业大都采用传统间歇式煮糖模式,煮糖设备设计制造采用经验设计的方法,生产过程基本采用人工操作,蔗糖煮炼生产过程受工人熟练程度影响大,煮炼时间长,能耗高。项目引入场协同原理、火用分析和多学科设计优化方法研究煮糖系统各传递单元和各物理场的特性及对煮糖过程传热、传质和相变的影响机理,在自主研发的具有开放性和重构性的煮糖结晶综合实验平台上反复实验探寻多场协同的机制,研究煮糖装备全局协同优化设计方法。从质量守恒、能量守恒和物料守恒三个方面入手,研究构建煮糖结晶过程的动态机理模型,分析主要工艺参数和操作参数相互作用和影响机制,结合理论分析、计算机数值模拟和实验研究,研究确定系统以及各子系统优化的目标函数、设计变量、耦合变量和辅助变量以及约束关系的具体形式;结合多属性决策方法,研究基于快速非支配排序遗传算法的煮糖结晶过程多目标优化方法,基于序贯极限学习机对煮糖结晶过程的关键工艺参数进行建模,并通过子空间模型、支持向量机、极限学习机等智能预测控制算法实现对煮糖过程的协同优化控制。.为了对蔗糖结晶的机理和模型进行验证和优化,课题组开发完成煮糖结晶生产过程综合自动化控制系统。为了验证本项目所提方法的有效性,将所研究的算法及系统在南宁糖业股份有限公司大桥制糖分公司和明阳糖厂分别进行实施应用,大大改善设备生产效率,优化效果十分明显。研究成果为煮糖机械创新设计优化提供理论指导,对同类复杂机械设计与优化硏究同样具有借鉴参考价值。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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