基于代理模型的车载尾气温差发电器热端建模与优化

• 作 者: 王新予
• 机 构: 武汉理工大学
• 出 处: 武汉理工大学
• 发表日期: 2015年01期
• 关键词: 代理模型 试验设计 函数拟合 仿真优化 实验验证

据统计,截止到2014年底,我国传统的内燃机汽车保有量已经突破1.54亿辆。在国家大力推广节能减排、低碳环保的汽车产业背景下,车载温差发电技术是一个极具潜力的发展方向。它很好地将尾气废热回收转换成电能,具有广阔的市场前景和良好的环保效益,应当给予高度的关注和深入的研究。其研究核心之一是优化热端-热交换器的结构和性能,并探究如何提高温差发电效率。由于传统的优化设计主要依赖设计经验和台架试验,本文提出基于代理模型的优化理论,对热交换器进行结构和热电性能优化,从而克服传统优化设计的局限性,使得优化设计更加科学、高效。本文明确地提出了定量分析热交换器热电性能的4个代理模型(热交换器的对流换热面平均温度1Y、纵向温度差2Y、横向温度差3Y、进出口压力差4Y)。科学地对5个自变量(热交换器的翅片长度1X、高度2X、间距3X、厚度4X、角度5X)进行正交试验设计。快捷地采用多项式表面响应模型(RSM)构建代理模型;并设计拉丁方试验模型组,对代理模型进行精度验证。精确地运用AMGA算法对代理模型进行多目标函数优化,获得最优的自变量参数组合,并通过关联图分析代理模型之间的函数关系。有效地运用6-Sigma质量设计方法检验代理模型的鲁棒性和置信水平。严谨地对优化结果进行仿真运算和台架实验,检验优化结果、仿真结果和台架实验结果的吻合精度,再次验证优化结果的准确性。本文研究结果表明:采用RSM代理模型方法,获得了精确评价热交换器热电性能的代理模型,其拟合精度非常高;采用AMGA算法对热电性能进行多目标优化,获得了最优的热交换器结构参数和热电性能;其优化结果、仿真结果与台架试验结果的吻合精度非常高;采用6-Sigma质量设计方法对最优模型进行质量检验,得出模型具有非常高的鲁棒性和置信度。本文创新点在于:1)采用RSM方法构建精确反映热交换器热电性能的代理模型;2)采用AMGA算法对代理模型进行多目标优化;3)采用6-Sigma质量设计以及台架试验等验证方法,科学地检验优化结果的鲁棒性和置信度。本文针对热交换器的优化设计,采用代理模型优化理论方法,极大地提高优化结果的置信度、避免大量的仿真和台架试验,具有良好的应用前景。