基于GPU并行計算的數(shù)值模擬與燃煤鍋爐系統(tǒng)的優(yōu)化研究.pdf

1、隨著能源消耗的增加與環(huán)保需求的提高，節(jié)能減排已經(jīng)成為我國各項研究的重中之重。鍋爐燃燒優(yōu)化可以針對鍋爐的效率或者污染物的排放量進行有效的調節(jié)。但是以往的鍋爐燃燒優(yōu)化都是對鍋爐的單個目標進行優(yōu)化，單目標的優(yōu)化結果可以使得優(yōu)化的目標變量得到大幅度的改進，而其他的運行參數(shù)則不太理想從而不能達到節(jié)能減排的目的。為了能夠有效實現(xiàn)節(jié)能減排的目標，對鍋爐的多目標優(yōu)化也勢在必行。鍋爐系統(tǒng)本身的機理非常復雜，復雜的機理研究需要更大的計算量和更能反映機理的方

2、法。GPU并行計算技術在顯卡上可以實現(xiàn)十幾倍甚至幾十倍于主流CPU的加速比，為大數(shù)據(jù)量的處理和數(shù)值模擬研究帶來了新的思路和方法。鍋爐系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，保證鍋爐安全穩(wěn)定的運行是首要的任務。而鍋爐送粉管道的阻力的均衡特性是保證鍋爐燃燒火焰居中的首要特性。目前大部分的電力設計部門已經(jīng)采用了電廠三維設計軟件進行管道布置的設計，但是缺乏相應的阻力計算軟件和準確的阻力計算公式，如果能將管道阻力計算與三維設計軟件相結合對管道阻力的設計優(yōu)化將會有很

3、大的好處。
　　 本研究主要內容包括：⑴基于GT200架構的GPU分析了GPU的硬件結構和GPU可用于通用計算的原理，同時介紹了Nvidia公司的CUDA技術。⑵在基于GPU并行計算的基礎上，采用CUDA技術，針對經(jīng)典的圓柱繞流問題實現(xiàn)了格子玻爾茲曼的在GPU上的并行算法，同時討論了并行算法中影響算法執(zhí)行效率的各個因素。⑶采用支持向量機對燃煤鍋爐的NOx排放量和飛灰含碳量的建模。同時在將GPU并行計算的概念引入到支持向量機建模當

4、中，在大數(shù)據(jù)量下的基于CUDA并行計算的支持向量機可以獲取一定的加速比，數(shù)據(jù)量較小的情況下建模速度和預測速度并沒有相應的提高。⑷在支持向量機建好的模型的基礎上，分別采用的了改進的非支配排序算法、增強的多目標進化算法、多目標細胞遺傳算法、多目標分散搜索算法和多目標粒子群算法對鍋爐的NOx排放量和飛灰含碳量進行了多目標優(yōu)化。同時對以上的各個算法在算法的執(zhí)行時間、解的分布范圍、解分布的均勻程度方面進行了比較。⑸在三維電廠設計軟件PDMS平臺上