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面向陶瓷辊道窑炉温度场均匀性的优化方法研究

作　者: 李鹏
导　师: 饶文碧
学　校: 武汉理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 陶瓷辊道窑炉 温度场优化 均匀设计 MPI 粒子群优化
分类号: TQ174.65
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 118次
引　用: 1次
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内容摘要


陶瓷辊道窑炉的烧成技术是陶瓷生产工艺的关键技术,而烧成温度的控制则是烧成制度中的关键。论文中讨论的温度场均匀性优化就是结合计算流体力学和计算机优化,通过改变窑炉设计的参数来调节陶瓷辊道窑炉的性能,使得陶瓷辊道窑炉工作区温度场更加均匀。论文利用CFD数值计算软件进行陶瓷辊道窑炉的模型建立,用均匀设计方法选取试验样本,用粒子群优化算法进行陶瓷辊道窑炉结构优化研究。论文的主要工作包括:1.利用CFD数值计算软件对陶瓷辊道窑炉进行模型网格划分,并研究在建模过程中的湍流模型、辐射模型、燃烧反应模型以及其他和模型仿真相关的参数设置方法。2.论文采用均匀设计的思想进行试验样本的选择,采用均匀设计的方法,可以在选取有限样本的基础上找到到影响温度场均匀性的规律,同时可以把这样的规律转化为数学模型。3.采用回归分析的方法对均匀设计试验的结果进行分析,拟出初步的回归方程,并且对方程的显著性和参数的显著性都进行了检验,同时剔除了一些对回归方程贡献较小的参数,使得方程更加简洁。4.论文采用粒子群算法作为陶瓷辊道窑炉温度场优化算法,同时由于粒子群算法是基于种群的计算方法,适合于并行计算,因此论文研究了基于MPI的并行粒子群优化算法,并对并行算法的效率进行了初步分析。论文的创新在于论文采用均匀设计、计算流体力学和现代优化技术,对影响陶瓷辊道窑炉温度场均匀性的各种因素进行了考虑,克服了传统经验的缺陷,提高了陶瓷辊道窑炉设计的科学性,缩短了陶瓷辊道窑炉设计周期,加快了陶瓷辊道窑炉现代化的步伐。

全文目录


中文摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题研究的目的及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状分析  10-12
  1.3 陶瓷辊道窑炉的结构特点  12-13
  1.4 课题研究的内容  13-15
第2章 陶瓷辊道窑炉仿真模型的建立  15-24
  2.1 CFD数值计算模块  15-18
    2.1.1 FLUENT软件包功能原理  15-17
    2.1.2 CFD前处理模块  17
    2.1.3 CFD后处理模块  17-18
  2.2 陶瓷辊道窑炉的仿真模型建立  18-22
    2.2.1 几何模型的建立  18-19
    2.2.2 数学模型的建立  19-22
  2.3 初步的模拟结果  22-24
第3章 温度场的均匀性分析与试验设计  24-31
  3.1 均匀设计概述  24-25
  3.2 温度场均匀性的判断标准  25-26
  3.3 试验方案设计  26-31
    3.3.1 试验因素和水平的选取  26-29
    3.3.2 均匀设计表的选择  29-31
第4章 陶瓷辊道窑炉优化模型建立  31-44
  4.1 回归模型建立  31-34
  4.2 回归系数的最小二乘估计  34-36
  4.3 回归方程的显著性检验  36-39
    4.3.1 方程的显著性检验  36-38
    4.3.2 变量的显著性检验  38-39
  4.4 多项式回归分析  39-40
  4.5 回归方程以及回归系数的显著性检验  40-44
第5章 温度场均匀性的粒子群优化方法  44-58
  5.1 串行粒子群算法  44-46
  5.2 并行粒子群算法  46-49
    5.2.1 并行粒子群算法的设计  46-47
    5.2.2 网络通信环境  47
    5.2.3 同步  47-48
    5.2.4 并行算法与串行算法的前后一致性  48
    5.2.5 并行粒子群算法的可操作性及可扩展性  48-49
  5.3 并行环境的配置  49-53
    5.3.1 MPI并行环境  49
    5.3.2 硬件和软件环境的构成  49-50
    5.3.3 MPICH的安装  50
    5.3.4 MPICH的注册与配置  50-52
    5.3.5 MPICH与编译环境的整合  52
    5.3.6 MPI环境测试程序  52-53
  5.4 并行粒子群优化算法结果分析  53-58
    5.4.1 粒子群算法收敛条件的判定  53-55
    5.4.2 粒子群算法的参数设定  55
    5.4.3 算法复杂度分析  55-56
    5.4.4 并行性能分析  56
    5.4.5 优化结果分析  56-58
第6章 总结及展望  58-60
  6.1 总结  58
  6.2 展望  58-60
参考文献  60-63
致谢  63-64
附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文  64

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 生产过程与设备 > 烧成及设备
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