刚玉管道窑结构多目标优化方法

　　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,对刚玉管道窑的温度场、速度场以及污染物排放进行了探索研究。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。论文要研究的是刚玉管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。 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。 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,得出刚玉管道窑的多目标优化模型。 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刚玉管道窑的结构优化方面。

　　陶瓷行业作为一个能耗较大的工业部门,消耗的能源中,80%以上用于烧成和干燥工序。陶瓷窑炉的温度控制的优劣直接决定了产品的质量和能源的利用率。窑内温度易受外界因素影响,如不及时稳定的调节,将严重影响产品的成品率和能源的浪费。因此有效及时控制窑内温度成为当前一个非常重要的研究课题。 泛布尔代数逻辑控制(以下简称“逻辑控制”)是以泛布尔代数为基础的新型计算机控制理论。逻辑控制作为一种新型智能控制,已经用于诸如空调控制、纸张定量控制、升船机控制、带裙房高层建筑等方面。在温度控制方面,将逻辑控制算法运用于刚玉管道窑温度智能控制的研究尚属首例。目前刚玉管道窑系统控制和窑内温度控制的发展和现状,以及智能逻辑控制的研究现状。刚玉管道窑的结构概况,以及辊道窑煅烧过程中的温度特性;其次着重介绍了刚玉管道窑窑内温度测量方法;最后在详细介绍温度概念的情况下,提出了窑炉温度控制模型,为以后的仿真研究打下理论基础。智能逻辑控制系统的控制原理、控制特点及组成,以控制窑内温度偏差、偏差变化率为研究目标,根据逻辑控制基本理论及其控制规则,分别建立九点、二十五点控制模型,并将它们运用于辊道窑温度模型进行仿真。介绍PID控制器的研究,应用Ziegler-Nichols法进行PID参数整定,并应用于模型并仿真。将九点、二十五点控制器应用于模型并仿真。比较分析了不同逻辑控制器对该模型的适用性和控制效果,并做了智能控制器作用时与PID控制器作用时的比较,分析不同控制器控制效果不同的原因。

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