微分進化算法優化換熱網絡的性能

方大俊，崔國民，萬義群，許海珠

（上海理工大學新能源研究所，上海 200093）

換熱網絡是化工過程中一個重要的子系統，換熱網絡優化的節能效果也一直是該行業重要的研究熱點。雖然各國學者已經過數十年深入研究，然而，換熱網絡的全局最優化仍然是過程系統優化的疑難問題。一是由于換熱網絡本身模型是屬于一種混合整數非線性問題（MINLP）[1]，具有嚴重的非凸、非線性等特性，導致在整個可行解領域內局部最優解星羅棋布。二是優化理論與優化方法還不完善。現有的針對換熱網絡問題的優化方法主要分為數學規劃法[2-4]與啟發式方法[5-6]。數學規劃法在用于換熱網絡優化時，隨著換熱網絡規模的增大，局部最優解的組合呈現著指數形式的增長，數學規劃法很容易陷入質量不好的局部最優解當中。其次，數學規劃法優化換熱網絡時，跟初始點的關系十分密切。即使同一個網絡結構，在初始點不同時，不但優化得到的局部最優解不同[7]，而且很難得到該結構下的最優解。

啟發式方法是一種全局優化方法，能夠跳出局部最優解，具有很強的全局搜索能力，近年來，來越多的研究者研究與應用。微分進化算法[8-9]是啟發式算法的一種，是Storn和Price在1995年首次提出應用。微分進化算法搜索引擎極其簡單，但十分有效。尤其是針對連續性變量，已被證明是一種有效的全局優化方法。

本文作者首先針對一給定結構，通過改變換熱器面積證明了換熱網絡在在著嚴重的非線性特性及局部最優解眾多的特點；……