[发明专利]一种氧化铝溶出过程闪蒸系统孔口尺寸的优化方法

权利要求书

1.一种氧化铝溶出过程闪蒸系统孔口尺寸的优化方法，其特征在于，包括：

S1、建立闪蒸系统能源回收的优化模型：制定目标函数，确定决策变量，设定约束条件；

S2、设定群体个数SE，变换因子的最大值和最小值以及迭代终止条件，初始化迭代步数iter＝1，以实际生产中的一组数据初始化各优化变量，产生初始种群；

其中，变换因子包括旋转因子α、平移因子β、伸缩因子γ和轴因子δ；

S3、从初始种群中选择使目标函数J达到最小值的一组优化变量，记为best，该种群中每个个体的适应度为fbest，按式(5)更新所述变换因子；

S4、将best复制成SE个个体的群体，按式(1)进行伸缩变换后得到新的种群state；

x(k+1)＝x(k)+γR_ex(k) (1)

其中，γ为伸缩因子，R_e∈R_n×n为服从高斯分布的随机对角矩阵、x(k+1)为x(k)经过变换后的新种群；

S5、经过伸缩变换后的种群state中个体的适应度最小的个体为newbest，其适应度值为gbest，如gbestfbest，则将个体best和newbest分别复制SE次，作为输入值分别赋值给x(k+1)和x(k)，按式(2)执行平移变换，将得出的最优个体作为平移变换的输出值记为newbest，对应的适应度值记为gbest，否则不执行平移变换，最后更新best和fbest：best＝newbest，fbest＝gbest；

其中，β为平移因子，R_t∈R为[0,1]之间服从均匀分布的随机数，x(k+1)为x(k)经过变换后的新种群，||·||2为向量的2范数；

S6、将best复制成SE个个体的群体，按式(3)进行旋转变换后得到新的种群state，记录state中个体的适应度最小的个体为newbest，其适应度值为gbest，如果gbestfbest，则以个体newbest和best为输入值执行平移变换，将得出的最优个体作为平移变换的输出值记为newbest，对应的适应度值记为gbest，否则不执行平移变换，最后更新best和fbest：best＝newbest，fbest＝gbest；

其中，α为旋转因子，R_e∈R_n×n为[-1,1]之间服从均匀分布的随机矩阵，x(k+1)为x(k)经过变换后的新种群；

S7、将best复制成SE个个体的群体，按式(4)进行轴变换后得到新的种群state，记录state中个体的适应度最小的个体为newbest，其适应度值为gbest，如果gbestfbest，则以个体newbest和best为输入值执行平移变换，将得出的最优个体作为平移变换的输出值记为newbest，对应的适应度值记为gbest，否则不执行平移变换，最后更新best和fbest：best＝newbest，fbest＝gbest；如果gbestfbest，则以个体newbest和best为输入值执行平移变换，将得出的最优个体作为平移变换的输出值记为newbest，对应的适应度值记为gbest，否则不执行平移变换，最后更新best和fbest：best＝newbest，fbest＝gbest；

x(k+1)＝x(k)+δR_ax(k) (4)

其中，δ为轴因子，R_a∈R_n×n为服从高斯分布的对角矩阵，且矩阵中只有一个随机位置上的元素不为零；

S8、判断是否达到迭代终止条件，是则终止迭代，输出优化变量的一组最优值，否则使iter＝iter+1，从S2开始重复执行S2至S7的步骤；

其中，所述步骤S4中的伸缩因子γ、所述步骤S5中的平移因子β、所述步骤S6中的旋转因子α和所述步骤S7中的轴因子δ，采用以下方法自适应调整：

其中，α_max为α的最大值，α_min为α的最小值；β_max为β的最大值，β_min为β的最小值；γ_max为γ的最大值，γ_min为γ的最小值；δ_max为δ的最大值δ_min为δ的最小值；iter为迭代次数，iter_max为最大迭代次数；

其中，所述步骤S1之前，还包括：

对闪蒸系统孔口尺寸优化模型中的未知参数进行辨识，定义压差模型的最小二乘误差函数：

其中，y＝[Δp₁,Δp₂,...,Δp_N]^T，y_j和分别为第j个样本的实测值和模型的计算值，其中的计算公式为式(12)，待辨识参数向量θ＝[F_o1,…,F_oN,K₁,…,K_N,m₁,m₂]，n为样本总数；

将参数辨识问题转化为优化问题，建立针对未知参数辨识的优化模型，优化目标为：

优化变量为θ，无约束；

执行所述步骤S2至S8，得到一组优化变量θ，即为未知参数的辨识结果；将该结果带入到式(18)中，得到所述闪蒸系统能源回收的优化模型；其中，所述步骤S1中，

所述闪蒸系统能源回收的优化模型及目标函数为：

其中，J为所述闪蒸系统的能源消耗量，i为第i级闪蒸器，N为闪蒸级数，W_i为第i级闪蒸汽产生的二次蒸汽量，r为二次蒸汽的热焓，η为热量利用率；其中，

所述步骤S1中，所述闪蒸系统能源回收的优化模型的约束条件，包括：

以闪蒸器的孔口尺寸、气体压强和料液温度和决策变量的边界条件作为计算优化模型的约束条件；

1)孔口尺寸

d_min＜d_i＜D (7)

其中，d_min为孔口尺寸最小值，d_i为第i级闪蒸器的孔口尺寸，D为管道内径；

2)气体压强

由于实际生产和设备的限制，闪蒸器内压强不能过高，需满足如下条件：

p_i＜p_i-1＜......＜p₁ (8)

其中，p_i为第i级闪蒸器内的气体压强，p_i-1为第i-1级闪蒸器内的气体压强，p₁为第1级闪蒸器内的气体压强；

针对闪蒸系统的生产实际，相邻的两级闪蒸器内的气体压强之间的连续性方程和粘性总流的伯努利方程为：

V_aA_a＝V_cA_c＝Q (9)

其中，a和c分别为某一级闪蒸器内的液态截面a-a和相邻的下一级闪蒸器内减压孔板的孔口截面，系数a_a和a_c分别为a和c上的实际动能与以平均流速计算的动能的比值，g为重力加速度，V为a上的平均流速，A为c上的平均流速，Z_a为a的液位，Z_c为c的液位；

其中，h_t为单位质量的粘性流体运动时的能量水头损失，ζc为与孔口尺寸相关的部件引起的局部能量损失系数，K为管道内其余部件引起的总的阻力系数；

由式(9)、(10)和(11)推导得知，第i级闪蒸器和第i-1级闪蒸器内的气体压强差为：

其中，i为第i级闪蒸器，Δz为第i级闪蒸器内浆料的液位和第i-1级闪蒸器的减压板孔口截面的高度差，ρ为浆料密度，d为孔口直径，D为管道内径，C_C是孔口的收缩系数，F₀表示F的初始值；调整系数采用d的二阶关系式表示：

其中，Δd＝d-d₀，d₀为d的初始值，m₁和m₂为待定系数；

3)浆料温度

其中，ρ为浆料密度，Q为进料体积流量，C为料液的比热容，e为热效率，T_i-1、T_i分别为第i级闪蒸器的进料和出料的温度；

4)变量的边界约束为：

d_min＝0.7m (16)。