Авторы

Решение задачи оптимизации криогенного трубопровода с помощью метода поиска Парето-оптимального решения

УДК 532.5.01

Решение задачи оптимизации криогенного трубопровода с помощью метода поиска Парето-оптимального решения

Зайцев А. В., Логвиненко Е. В.

Аннотация
В статье рассмотрена задача оптимизации криогенного трубопровода, в которой в роли критериев качества выбраны мощности гидравлических и тепловых потерь. Течение криогенной жидкости по трубопроводу, в данном случае, описывается системой дифференциальных уравнений: уравнениями движения и неразрывности; уравнением, учитывающим тепловое состояние жидкости (уравнение энергии); комплексом уравнений для вычисления теплофизических свойств криогенной жидкости, затем с целью дальнейшего численного решения производится переход от дифференциалов к конечным разностям. В оптимизационной задаче использован метод исследования пространства параметров. Он позволяет достаточно гибко реагировать на промежуточные результаты расчетов, переводить параметры из одной группы в другую, достигая тем самым минимальных затрат на поиск решения. Сформулирован алгоритм численного исследования пространства параметров системы, приведена блок-схема. Приведен пример оптимизации криогенного трубопровода, предназначенного для транспортирования жидкого азота длиной 100 м. Диаметр внутренней трубы 36×2 мм, диаметр кожуха 100×2 мм. Получены оптимальные решения данной задачи. Выбрана наилучшая пробная точка (набор параметров), величина суммарных потерь в которой не превышает 1,3 кВт.

Ключевые слова: криогенный трубопровод, оптимизация, Парето-оптимальное решение, криогенная жидкость, транспортирование

Список литературы

Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. – М.: Наука, 1982. 256 с.
Соболь И.М., Статников Р.Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. – М.: Наука, 1981. 111 с.
Зайцев А.В. О корректной постановке задачи течения жидкости в трубе. // Вестник Международной академии холода. 2012. № 4. С. 18–20.
Баранов А.Ю., Беликов П.А., Приходько С.В., Баранов В.А. Снабжение аэрокриотерапевтический комплексов жидким азотом // Известия СПбГУНиПТ. 2003. № 2. С. 82.
Малышева Т.А., Сидорова А.Ю., Баранов А.Ю. Моделирование нестационарного переноса теплоты при управляемом криотерапевтическом воздействии // Известия СПбГУНиПТ. 2009. № 1. С. 121–123.
Зайцев А.В. Разработка алгоритма решения уравнений Навье-Стокса для течения криогенной жидкости в трубе // Вестник Международной академии холода. 2011. № 3. С. 37–42.
Зайцев А.В., Пеленко Ф.В. Моделирование течения вязкой жидкости в трубе // Процессы и аппараты пищевых производств. 2012. № 1. С. 163–168.
Логвиненко Е.В. Анализ энергоэффективности трубопровода для транспортирования криогенных жидкостей // Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. – Санкт-Петербург, 2013. Вып. 1. С. 162–163.
Криогенные системы. Том 2. Основы проектирования аппаратов, установок и систем. / А.М. Архаров, И.А. Архаров, В.П. Беляков и др.; под общ. ред. А.М. Архарова и А.И. Смородина. – М.: Машиностроение, 1999. 720 с.
Беляков В.П. Криогенная техника и технология. – М.: Энергоиздат, 1982. 271 с.
Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. – М.: Наука, 1969. 742 с.
Акулов Л.А., Борзенко Е.И., Зайцев А.В. Теплофизические свойства и фазовое равновесие криопродуктов. Справочник. – СПб.: СПбГУНиПТ, 2009. 567 с.
Баранов А.Ю., Малышева Т., Баранов В.А. Энергетические основы эффективности криотерапевтической аппаратуры. // Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. 2005. № 2. С. 29–31.
Зайцев А.В., Логвиненко Е.В. Оптимизация криогенного трубопровода // Омский научный Вестник. Серия «Приборы, машины и технологии» 2014. № 3 (133). С. 164–169.