[发明专利]一种富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法

权利要求书

1.一种富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法，基于Ansys Fluent和MATLAB协同仿真实现，包括如下的步骤：

步骤1：在Ansys Fluent中基于富氧燃烧锅炉构造和尺寸，选择流体动力学模型，确定进行数值模拟计算需要输入的工况参数，确定通过数值模拟计算输出的结果，所确定的通过数值模拟计算输出的结果包括：锅炉有效利用热量、火焰中心位置、火焰最高温度和锅炉热效率四个参数；

步骤2：利用MATLAB中的遗传算法，步骤1所确定的需要输入的工况参数，确定变量个数和限制范围，生成初始种群，并设定Ansys Fluent数值模拟计算中的工况参数；

步骤3：在Ansys Fluent中构建锅炉燃烧的数值模拟计算模型，利用所构建的数值模拟计算模型开始数值模拟计算并输出计算结果；

步骤4：根据步骤3输出的计算结果，在MATLAB中的遗传算法中构建以锅炉有效利用热量、火焰中心位置、火焰最高温度和锅炉热效率四个参数为优化目标参数的Pareto前沿多目标优化模型，设定终止条件，进行多目标优化计算；

步骤5：若不满足步骤4所设定的终止条件，种群产生变异，并进行交叉选择，根据已有结果筛除掉不利变异之后返回步骤3进行计算，直至满足的终止条件，结束变异，输出最优结果，获得最佳工况参数。

2.根据权利要求1所述的富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法，其特征在于，步骤1中，所确定的进行数值模拟计算需要输入的工况参数包括：O₂和CO₂的比例即k：(1-k)；一次风风量、二次风风量和三次风量的比例即a：b：(c＝1-a-b)。

3.根据权利要求2所述的富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法，其特征在于，步骤4中，构建Pareto前沿多目标优化模型的具体步骤如下：

(1)将锅炉有效利用热量、火焰中心位置、火焰最高温度和锅炉热效率四个参数作为优化目标表示如下：

f_j,j＝1,2,3,4 (1)

其中，j表示优化目标参数序号，f₁,f₂,f₃,f₄分别表示锅炉有效利用热量、火焰中心位置、火焰最高温度和锅炉热效率；

数值模拟计算得到的结果集表示如下：

f_ij,i＝1,2,3,…,n；j＝1,2,3,4 (2)

其中，i代表不同的种群个体，共有n个，f_i1,f_i2,f_i3,f_i4分别表示种群中不同个体的锅炉有效利用热量、火焰中心位置、火焰最高温度和锅炉热效率取值；

(2)采用空气燃烧得到的锅炉有效利用热量Q₀、火焰中心位置h₀、火焰最高温度T₀和锅炉热效率η₀设定为目标值，分别表示如下：

(3)将目标值进行无量纲化处理，表示为对结果数据集进行无量纲化处理，表示为F_ij；

(4)计算工况参数下的计算结果与目标值之间的接近程度，越接近目标值，则代表越接近最优结果，接近程度计算如下所示：

设定终止计算值d^*，设置终止条件为计算结果与目标值之间的接近程度d_ij小于等于终止计算值d^*；满足终止条件时，得到计算结果与目标值之间的最小距离；选择最小距离S^*所对应的种群个体，以及其所对应的k、a、b和c值，获得最佳工况参数。

4.根据权利要求3所述的富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法，其特征在于，步骤(3)进行目标值无量纲化处理的公式如下：

5.根据权利要求4所述的富氧燃烧锅炉最佳工况的寻优方法，其特征在于，步骤(3)进行目标值无量纲化处理的公式如下：