化工機械優(yōu)化設(shè)計

前言

　　化學(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟的主要支柱之一。作為化學(xué)工業(yè)重要組成部分的化工機械，對化工生產(chǎn)以及化工產(chǎn)品的開發(fā)與完善起著巨大的關(guān)鍵作用?；C械主要包括化工設(shè)備（如壓力容器、管道、塔設(shè)備、換熱器和干燥設(shè)備等）和化2r_機器（如泵、風(fēng)機、壓縮機、離心機和制冷機等），工作過程涉及傳熱、傳質(zhì)、動量傳遞和化學(xué)反應(yīng)等物理、化學(xué)變化的范疇，部分還處于高溫、高壓情況下操作，存在爆炸、燃燒、有毒介質(zhì)泄漏等風(fēng)險。因而，其設(shè)計合理與否，不僅關(guān)系到制造過程中金屬材料的用量，還直接影響到化工生產(chǎn)過程中的安全與能耗。因而，化工機械的設(shè)計與優(yōu)化日益引起人們的關(guān)注?！　《笠亟榻B了最優(yōu)化技術(shù)的基本原理和方法，分析和討論了化工機械優(yōu)化設(shè)計的特點，并列舉了其中一些典型的化工機器（如旋轉(zhuǎn)旋流離心機、熱管廢熱溴化鋰制冷機、葉片偏心旋葉式壓縮機、風(fēng)機和內(nèi)嚙合擺線齒輪泵等）和化工設(shè)備（如壓力容器、管道、塔設(shè)備和換熱器等）等優(yōu)化設(shè)計的實例，系統(tǒng)地反映了最優(yōu)化技術(shù)在化工機械設(shè)計中研究和應(yīng)用的成果。　　本書內(nèi)容分為13章。第1章緒論；第2章最優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)分析基礎(chǔ)；第3章一維搜索的最優(yōu)化方法；第4章多維無約束的最優(yōu)化方法；第5章多維約束最優(yōu)化；h-法；第6章化工機械優(yōu)化設(shè)計的特點與方法；第7章壓力容器的優(yōu)化設(shè)計；第8章化工管道的優(yōu)化設(shè)計；第9章?lián)Q熱器的優(yōu)化設(shè)計；第10章化工塔設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計；第11章制冷系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計；第12章風(fēng)機與泵的優(yōu)化設(shè)計；第13章離心機與壓縮機的優(yōu)化設(shè)計。在前5章中，力圖從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，注意優(yōu)化設(shè)計概念的解釋和方法的介紹，盡量避免繁雜的理論論證和數(shù)學(xué)推演，并給出相應(yīng)的例題。前6章均附有適量的習(xí)題，以便于讀者加深對優(yōu)化設(shè)計的理論和方法的理解、消化和掌握，以及進行復(fù)習(xí)?！　”緯冗m合于從事化工行業(yè)的工程技術(shù)人員及大專院校相關(guān)專業(yè)的師生使用，又可作為機械設(shè)計及制造人員的參考用書。

內(nèi)容概要

本書扼要地介紹了最優(yōu)化技術(shù)的基本原理和方法，力圖從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，注意優(yōu)化設(shè)計概念的解釋和方法的介紹，盡量避免繁雜的理論論證和數(shù)學(xué)推演，并給出相應(yīng)的例題和習(xí)題。分析和討論了化工機械優(yōu)化設(shè)計的特點，并列舉了其中一些典型的化工機器（如旋轉(zhuǎn)旋流離心機、熱管廢熱溴化鋰制冷機和葉片偏心旋葉式壓縮機等）、化工流體機械（如風(fēng)機、圓弧擺線齒輪油泵和內(nèi)嚙合擺線齒輪泵等）和化工設(shè)備（如壓力容器、管道、塔設(shè)備和換熱器等）等優(yōu)化設(shè)計的實例，系統(tǒng)地反映了最優(yōu)化技術(shù)在化工機械設(shè)計中研究和應(yīng)用的成果。    本書既適合于從事化工行業(yè)的工程技術(shù)人員及大專院校相關(guān)專業(yè)的師生使用，又可作為機械設(shè)計及制造人員的參考用書。

書籍目錄

1  緒論  1.1  概述  1.2  優(yōu)化設(shè)計問題示例  1.3  優(yōu)化設(shè)計的基本概念  1.4  優(yōu)化設(shè)計的基本原理與方法  1.5  小結(jié)  習(xí)題2  最優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)分析基礎(chǔ)  2.1  函數(shù)的方向?qū)?shù)和梯度  2.2  多元函數(shù)的泰勒展開  2.3  多元函數(shù)的極值條件及其凸性  2.4  約束問題的最優(yōu)解條件  2.5  適用可行方向的數(shù)學(xué)條件  2.6  小結(jié)  習(xí)題3  一維搜索的最優(yōu)化方法  3.1  初始搜索區(qū)間的確定  3.2  格點法  3.3  黃金分割法  3.4  分數(shù)法  3.5  切線法  3.6  二次插值法  3.7  小結(jié)  習(xí)題4  多維無約束最優(yōu)化方法  4.1  梯度法  4.2  共軛梯度法  4.3  變尺度法  4.4  單純形法  4.5  坐標輪換法  4.6  鮑威爾法  4.7  小結(jié)  習(xí)題5  多維約束最優(yōu)化方法  5.1  概述  5.2  復(fù)合形法  5.3  約束坐標輪換法  5.4  可行方向法  5.5  拉格朗日乘子法  5.6  懲罰函數(shù)法  5.7  小結(jié)  習(xí)題6  化工機械優(yōu)化設(shè)計的特點與方法  6.1  概述  6.2  化工機械優(yōu)化設(shè)計的特點  6.3  化工機械優(yōu)化設(shè)計的方法  6.4  優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的分析與處理  6.5  小結(jié)  習(xí)題7  壓力容器的優(yōu)化設(shè)計  7.1  概述  7.2  中低壓容器的優(yōu)化設(shè)計  7.3  高壓容器殼體的優(yōu)化設(shè)計  7.4  超高壓多層熱套組合厚壁筒的優(yōu)化設(shè)計  7.5  外壓容器的優(yōu)化設(shè)計  7.6  小結(jié)8  化工管道的優(yōu)化設(shè)計  8.1  概述  8.2  波紋管結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計  8.3  等溫輸油管道的優(yōu)化設(shè)計  8.4  天然氣管道模糊優(yōu)化設(shè)計  8.5  保溫管道的優(yōu)化設(shè)計  8.6  油氣管道的優(yōu)化設(shè)計  8.7  小結(jié)9  換熱器的優(yōu)化設(shè)計  9.1  概述  9.2  換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)的模糊優(yōu)化設(shè)計  9.3  管殼式相變儲能換熱器的優(yōu)化設(shè)計  9.4  管殼式換熱器多目標模糊優(yōu)化設(shè)計  9.5  板式間接蒸發(fā)冷卻器的優(yōu)化設(shè)計  9.6  板翅式換熱器的優(yōu)化設(shè)計  9.7  異型螺旋槽管的優(yōu)化設(shè)計  9.8  小結(jié)10  化工塔設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計  10.1  概述  10.2  板式吸收塔的優(yōu)化設(shè)計  10.3  基于強度和剛度的塔設(shè)備優(yōu)化設(shè)計  10.4  光氣吸收塔的多目標優(yōu)化設(shè)計  10.5  小結(jié)11  制冷系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計  11.1  概述  11.2  制冷系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計  11.3  空調(diào)用制冷系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計  11.4  熱管廢熱溴化鋰制冷機的優(yōu)化設(shè)計  11.5  制冷機多元低溫混合工質(zhì)熱力循環(huán)的優(yōu)化設(shè)計  11.6  小結(jié)12  風(fēng)機與泵的優(yōu)化設(shè)計  12.1  概述  12.2  低比轉(zhuǎn)數(shù)葉輪的優(yōu)化設(shè)計  12.3  高黏度液體輸送用齒輪泵的優(yōu)化設(shè)計  12.4  對旋式軸流風(fēng)機輪轂結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計  12.5  小結(jié)13  離心機與壓縮機的優(yōu)化設(shè)計  13.1  概述  13.2  臥螺離心機轉(zhuǎn)鼓的優(yōu)化設(shè)計  13.3  旋轉(zhuǎn)旋流離心機的優(yōu)化設(shè)計  13.4  葉片偏心旋葉式壓縮機的優(yōu)化設(shè)計  13.5  壓縮機動靜渦旋盤的優(yōu)化設(shè)計  13.6  小結(jié)參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1.1 概述　　近半個世紀以來，化學(xué)工業(yè)發(fā)展迅速，而化工機械則是化學(xué)工業(yè)的重要組成部分。此外，壓縮機、風(fēng)機、泵、制冷機、容器和管道等均廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用生活中?；瘜W(xué)工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要支柱之一。作為化學(xué)工業(yè)重要組成部分的化工機械，對化工生產(chǎn)以及化工產(chǎn)品的開發(fā)與完善起著巨大的作用?；C械主要由化工機器和化工設(shè)備兩大部分組成，前者有壓縮機、風(fēng)機、泵、制冷機等，后者有壓力容器、管道、塔設(shè)備、換熱器、干燥設(shè)備等。因而，化工機械的設(shè)計與優(yōu)化日益引起人們的關(guān)注?！　C械產(chǎn)品的設(shè)計一般需要經(jīng)過調(diào)查分析、方案擬定、技術(shù)設(shè)計、總裝圖及零件圖繪制等環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)設(shè)計中，這些環(huán)節(jié)幾乎全由設(shè)計人員用手工工具完成。隨著人民生活水平的提高，市場競爭的需要，化工制品不斷開發(fā)和推陳出新，這就要求化工機械產(chǎn)品更新?lián)Q代周期日益縮短，設(shè)計質(zhì)量要求日益提高。任何機械設(shè)計，總希望獲得性能好、使用可靠、成本低（包括制造及工作成本）等技術(shù)經(jīng)濟效益，因而要求設(shè)計者能從一系列可行的設(shè)計方案中選擇出最好的方案。顯然，由于分析和計算手段以及時間和費用的限制，可供選擇的方案有限，且不一定能從中選出最佳者，故傳統(tǒng)的設(shè)計方法越來越不適應(yīng)發(fā)展的需要?！　〗?0年來，隨著電子計算機技術(shù)和計算方法的發(fā)展，機械設(shè)計領(lǐng)域經(jīng)歷了深刻的變革，出現(xiàn)計算機輔助設(shè)計（CAD）、機械優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、設(shè)計系統(tǒng)學(xué)、設(shè)計方法學(xué)、有限元分析法等現(xiàn)代設(shè)計方法及相應(yīng)的學(xué)科?！　C械優(yōu)化設(shè)計是最優(yōu)化方法與機械設(shè)計的結(jié)合。最優(yōu)化設(shè)計是在現(xiàn)代計算機廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù)，是根據(jù)最優(yōu)化原理和方法綜合各方面因素，以人機配合的方式或用自動探索的方式，在計算機上進行半自動或自動設(shè)計，以選出在現(xiàn)有工程條件下最佳設(shè)計的一種現(xiàn)代設(shè)計方法。其設(shè)計原則是最優(yōu)設(shè)計；設(shè)計手段是電子計算機和相關(guān)設(shè)備（如繪圖裝置）以及計算程序；設(shè)計方法是采用最優(yōu)化數(shù)學(xué)方法?！　?0世紀50年代以前，用于解決最優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)方法僅限于古典的微分法和變分法。50年代末，數(shù)學(xué)規(guī)劃法被首次用于最優(yōu)化設(shè)計，并成為其尋優(yōu)方法的理論基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)規(guī)劃法包括：線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、幾何規(guī)劃和隨機規(guī)劃等。

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