首先要說的是冷庫結構和優化目的
第一：冷庫根據用途的不同分類
(1) 生產性冷庫
生產性冷庫是食品企業生產加工工藝組成的一部分。它的主要任務是對企業所加工的食品進行冷卻和凍結,并作短期的儲存。
(2) 分配性冷庫
這類冷庫建在大、中城市,水陸交通樞紐和人口較多的工礦區,它的任務主要是接受儲藏已經冷卻或凍結的食品,以保證市場的需要、出口計劃的完成和長期儲備。
(3) 綜合性冷庫
這類冷庫設有較大的庫容量,應有一定的冷卻和冷凍能力,它能起到生產性冷庫和分配性冷庫的雙重作用,是普遍應用的一種冷庫類型。
第二：冷庫根據結構的不同分類
(1) 土建式冷庫
冷庫的墻、柱、樓板等主體采用鋼筋混凝土結構,冷庫墻內側鑲貼隔熱層;當隔熱層采用松散材料時,墻體則采用內夾隔熱層的雙層結構。
(2) 裝配式冷庫
近年來,為了滿足缺乏建筑材料的邊遠地區和經濟快速發展城市,對食品加工、冷藏、保鮮冷庫的迫切需求。室內裝配式冷庫被廣泛使用在各行各業。它用以聚氨酯作為芯材的預制隔熱板,在現場組裝而成,聚氨酯的容重小于45 kg/ m3 ,導熱系數小于0. 02 kcal/ m·h·℃,厚度100～150 mm ,板寬1000～1200 mm ,板高6～8 m。墻、頂板均由鋼架支撐,采用內框架和外包隔熱層的形式。小型裝配式冷庫設在室內,由預制隔熱板快速拼接、組合而成,結構簡單,如小型商場、酒店的食品儲藏庫。室外大型裝配式冷庫,結構相對要復雜一些,設有土建地基,冷庫地坪采用軟木或聚氨酯光板隔熱,下設防潮層、防凍通風管或地壟墻架空層。房頂為防止日曬雨淋,設有波紋壓型薄鋼板制成的屋面。
冷庫優化設計的目的：裝配式冷庫的墻板、地板、頂板均由以聚氨酯材料為主的預制隔熱板制成,但是,由于不同位置、結構和輔助材料的不同,使其單位面積的建設成本差別較大。一般來講由于冷庫地板采用了多種材料,其單位面積的建設成本要比冷庫的墻體要高得多。顯然,減少占地面積會使冷庫的建設投資較小,但是,占地面積的縮小,會使冷庫的高度增加,從而使由冷庫圍護結構的傳熱而引起的耗冷量增大,用戶的運行使用費用提高,冷庫的鋼架立柱等方面的投資也會加大。因此,必須采用優化設計的計算方法,才能得到最佳的冷庫結構,即使用戶建設冷庫的投資最少,又使用戶的運行費用最省,這就是本文要討論的主要問題。以下以室外聚氨酯預制隔熱板裝配式冷庫為研究對象進行詳細討論。
冷庫優化設計及其常用方法
優化設計是以數學規劃理論為基礎,以數字計算機為輔助工具的一種設計方法。
優化設計大體上有兩種方法:第一是 直接法:不用計算目標函數的導數值,而是通過直接計算函數值,并以之作為迭代、收斂根據,最終求出最優值的方法。有模式搜索法、轉軸法、單純形法、Powell 直接法等 ,這類算法比較簡單、編程容易;但其主要問題是:收斂的速度比較慢,特別是當自變量個數較多或目標函數形態較好時,其效率比較低。第二求導法:以多變量函數極值理論為根據,利用函數性態并以之作為迭代、收斂根據的方法。包括最速下降法、Newton 法、共軛梯度法、DFP 法等。這類方法的收斂速度至少是線性收斂,工作效率較好,極值的計算精度也比較高。其中DFP 法由Davidon 首創,后經Fletcher Powell 修訂而成,在求解多元函數無約束極小化問題時,收斂快、計算穩定性高,是目前被普遍采用的最有效的優化算法之一 。
求道算法：DFP 法基本思想
有多元函數可表示為f ( x ) x = ( x1 , x2 , x3 , ..x n) T x ∈Rn
上式亦即n 維無約束設計問題的一般表達式, f ( x) 為目標函數, x1 , x2 , x3 , ..x n 為諸設計變量。
則:構造如下迭代公式：[ X K+1 ] = [ X K ] - λK ·[ HK ] ·[ ?I>f ( X K) ] 式中:
[ X K, K + 1 ] :變量矩陣
[ HK ] :n ×n 階矩陣。[ H0 ] = I , I 為幺陣
λK :迭代步長
[ ?I>f ( X K) ] :為目標函數f ( x ) 在[ X K ]處的n
階偏導矩陣
[ ?I>f ( X K) ] =9f (xk)9x19f ( x k)9x2 ′ ′9f ( x k)9x n
[ HK ]矩陣依迭代過程產生的修正矩陣[ CK ]逐次修正, 由以下矩陣方程式組獲得新矩陣
[ HK + 1 ] ,逐步搜索優化點[ X3] 。
[ HK+1 ] = [ HK ] + [ CK ]
[ CK ] =[ΔX K ] ·[ΔX K ] T[ΔX K ] T ·[ Q K ]-( [ HK ] ·[ Q K ]) ·( [ HK ] ·[ Q K ] T)[ Q K ] T ·[ HK ] ·[ Q K ][ΔX ] = [ X K+1 ] - [ X K ][ Q K ] = [ ?I>f ( x k +1) ] - [ ?I>f ( x k) ]
DFP 法計算程序具體工作流程參見文獻[ 1 ] ;迭代步長λK 在運算中可采用:最小函數數值步長確定法求解 。
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