基于熵产分析的煮糖过程糖膏循环流动的动力特性研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51065004
项目类别：
地区科学基金项目
资助金额：
25.0万
负责人：
蒙艳玫
依托单位：
广西大学
学科分类：
E0506.机械设计学
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
陈远玲；莫春兰；蒙碧刚；唐治宏；黄晓冬；陆冠成；董振；
关键词：
煮糖过程优化设计动力场熵混合算法最小二乘支持向量机动力特性

项目摘要

蔗糖是广西的支柱产业，煮糖过程是制糖生产最重要和关键的环节，糖膏的循环流动对产品质量、煮炼收回、煮糖时间和传热均有重要影响。项目针对目前缺乏煮糖机械设计理论的现状，基于流体力学和热力学理论，引入广义熵- - 糖膏流动的动力场熵的概念，分析动力场熵的组成及其属性。综合运用玻尔兹曼理论、偏最小二乘法、遗传算法和支持向量机，研究一种适合求解高度非线问题、能较好解决多相流熵产分析的新机制混合算法最小二乘支持向量机，构建基于新机制的煮糖系统动力场熵产分析模型；结合流体力学和熵产分析方法，研究描述系统动力学行为的数学模型，分析不同工况条件下煮糖过程糖膏流动的动力特性。以优质、高产和低耗为生产目标，以对煮糖过程大非线性、大惯性、时变时滞、强耦合的复杂工况糖膏良好循环流动控制性能为系统约束，基于最小熵产原理，研究煮糖机械结构和运行参数的设计优化方法，为形成具有自主知识产权的煮糖机械设计优化技术奠定理论基础。

结项摘要

制糖业是广西支柱产业，然而我国制糖企业沿用传统经验设计和生产模式，制糖生产工艺和设备落后，技术水平低下。煮糖是制糖生产关键环节，糖膏的循环流动对产品质量、煮炼收回和能耗均有重要影响。项目基于流体力学和热力学理论，引入广义熵——糖膏流动动力场熵的概念，分析动力场熵的组成及属性，结合熵产分析研究不同工况条件下煮糖过程糖膏循环流动的动力特性。综合运用玻尔兹曼理论、偏最小二乘法支持向量机和遗传算法，提出了一种适合求解高度非线问题、能较好解决分析糖膏循环流动和结晶状态的混合算法最小二乘支持向量机。以煮糖系统的优质、高产和低耗为生产目标，以对煮糖过程复杂工况糖膏良好循环流动控制性能为系统约束，构建了煮糖系统的搅拌机械结构参数和动力参数的设计与优化模型。研发了具有开放性和重构性的煮糖结晶过程综合实验平台，结合影响煮糖过程糖膏循环流动内力场和外力场各主要单元组件的结构参数和工艺参数，通过硬件组态改变各个模块的结构和参数，在实验平台开展了大量试验研究，从观测数据分析验证并不断改进理论模型和算法，获得了间歇性煮糖罐良好循环流动机械搅拌优化结构参数和运行参数，有效解决了强制循环机构振动大，能耗高的问题。. 不同工况条件糖浆循环流动状态、主要工艺参数和结晶状态变化规律检测是项目研究的关键问题之一。然而目前相关检测技术缺乏。项目从质量守恒、能量守恒和物料守恒三个方面研究构建煮糖结晶过程的动态机理模型，分析主要工艺参数和操作参数相互作用和影响机制，结合机理分析、支持向量机、粒子群优化和遗传算法，构建了煮糖结晶过程关键参数的混合动态软测量模型，实现煮糖结晶过程关键参数的离线建模仿真、在线动态更新与测量。运用基于粗糙集的数据挖掘方法，从与结晶状态密切相关的参数中提取出结晶状态预测的知识，构建了基于知识的煮糖过程结晶状态分析模型，同时结合最小二乘支持向量机和混合粒子群优化算法实现知识的在线动态更新和自我完善。研究煮糖结晶过程实时结晶图像的特征信息提取方法，通过实时采集煮糖结晶过程的糖膏图像，分析和处理结晶过程图像的特征信息，同时结合分形理论提取不同结晶阶段的糖膏结晶图像的分形维数、尺度指数等特征信息，从中挖掘和分析特征信息潜在的规律，实现煮糖过程结晶状态预测分析和实时结晶图像分析。.研究成果为煮糖机械创新设计优化提供理论指导，对同类复杂机械设计与优化研究同样具有借鉴参考价值。