Назначение, принципы создания и структура алгоритма ОКМО–2005

Алгоритм ОКМО–2005 предназначен для расчета и оптимизации теплообменников для водяного охлаждения масел (напр., маслоохладителей турбоустановок), состоящих из стандартных и нормализованных кожухотрубчатых теплообменных аппаратов типов ТН, ТК, ТП, ТУ с сегментными перегородками или без них. Кожухотрубчатые теплообменники (КТО) – важный элемент различных энергетических, энерготехнологических, технологических и транспортных установок. Алгоритмы и программы расчета и оптимизации теплообменного оборудования являются одними из самых трудоемких в системах автоматизированного проектирования (САПР) и научных исследований (АСНИ).

Алгоритм разработан на основе структурно–модульного подхода,предложенного Каневцом Г. Е.[1] Структурно – модульное построение алгоритмов обеспечивает широкую гамму разновидностей расчетов теплообменного оборудования. За счёт этого значительно расширяются возможности развития алгоритмов путем их изменения и дополнения без изменения структуры алгоритмов. Такие алгоритмы и программы представляют собой систему, открытую для включения новых алгоритмических модулей. Это означает, что при необходимости использования других методов расчета алгоритм либо дополняется новым модулем, либо производится замена модулей без изменения структуры алгоритма. Эти модули выбираются по расчётному признаку.

Применение структурно–модульного подхода при построении алгоритмов оптимизации теплообменников предполагает создание таких алгоритмов и программ, которые можно сопровождать и модифицировать без участия их автора. Программа только в редких случаях выполняет функции исследовательского инструмента автора. Зачастую возникает необходимость ее передачи другим организациям и исследователям. Тогда критерием качества алгоритмов и программ становится понятность, надежность и удобство их сопровождения. При этом значительно упрощается их включение в системы автоматизированного проектирования (САПР) и в автоматизированные системы научных исследований (АСНИ).

Еще одним преимуществом структурно–модульного принципа построения алгоритмов является возможность агрегирования алгоритмических и программных модулей в соответствии с назначением. Так, при выборе оптимальной топологии технической системы решается двухуровневая задача. На верхнем уровне иерархии происходит поиск оптимальных режимных параметров. Алгоритмы верхнего уровня разрабатываются вне зависимости от области их применения. На нижнем уровне обеспечивается поиск оптимальных конструктивных параметров элементов технической системы. Последняя задача предполагает набор модулей, различающихся в зависимости от области применения.

Алгоритм ОКМО–2005 включает элементы конструкторского расчёта характеристик теплообменных аппаратов, из которых комплектуется теплообменник, а также самого теплообменника, как совокупности теплообменных аппаратов, тепловой проектно–поверочный, гидравлический, конструкторский, экономический, оптимизирующий расчеты теплообменника. В алгоритме реализован созданный Каневцом Г. Е. принципиально новый метод [ 6, 7 ] теплового расчета теплообменников для наиболее распространенных схем соединения аппаратов в теплообменниках (регулярных рядов и комплексов аппаратов) и для большого числа схем токи сред в аппаратах. Оптимизация проводится по одному из показателей эффективности: удельным приведенным затратам, приведенным затратам, капитальным вложениям, стоимости энергии, массе аппарата, поверхности и др.

Алгоритм в сотни раз расширяет возможности оценки эффективности теплообменников за счёт использования широкого набора критериев эффективности и существенного расширения области приложения алгоритма по объектам расчёта. Соответственно, открываются новые возможности для проведения вычислительного оптимизационного эксперимента.

Текст алгоритма включает набор блок–схем расчёта, приложений к каждой блок–схеме, Паспорта (списка) исходных данных, списка результатов расчёта, таблиц Приложений (информационно–нормативной базы алгоритма). На рис.1 рассмотрен алгоритм оптимизации.

Алгоритмом ОКМО–2005 предусмотрено проведение следующих видов расчёта маслоохладителей (см. БС – ПОТ):

1. Формирование начального ННП и последующих ИНП наборов независимых переменных (см. Б1 и Б12 БС–ПОТ), выбор показателя эффективности теплообменника ВПЭТ (Б10 БС–ПОТ), оценка оптимальности текущего варианта ООВ теплообменника, т. е. поиск оптимального варианта из всех ранее рассмотренных – Б11 БС–ПОТ.

2. Конструкторский расчет характеристик теплообменного аппарата КРХТА (см. Б2 БС–ПОТ), т. е. величин, необходимых для последующих расчётов.

3. Тепловой расчет ТР теплообменника (см. Б3 БС–ПОТ).

4. Конструкторский расчет характеристик теплообменника КРХТО (см. Б4 БС–ПОТ).

5. Гидравлический расчет теплообменника ГР (см. Б6 БС–ПОТ).

6. Экономический расчет теплообменника ЭР (см. Б8 БС–ПОТ).

7. Расчёт различных показателей эффективности теплообменника РПЭТ (см. Б9 БС–ПОТ), выбор одного из показателей эффективности теплообменника ВПЭТ для последующего нахождения оптимума (см. Б10 БС–ПОТ) и оценка оптимальности перебранных вариантов ООВ (см. Б11 БС–ПОТ).

Далее рассмотрим составляющего алгоритма ОКМО – 2005 подробнее.