锅炉作为生产、生活的重要动力设备，需求量较大，在制造中降低成本是增加产品竞争力的重要手段。对锅炉设计的结构参数进行优化就可以不同程度地节约材料，降低成本。本文应用可变容差法进行锅炉结构参数的优化设计。计算结果表明在满足设计所要求的约束条件下，使得设计的锅炉体积有所减小，说明该方法具有一定的工程应用价值。

在锅炉设计中已有把计算机用于循环校核计算，求解可行的锅炉模型，但用优化算法求解最佳锅炉结构模型的例子还不多见。这一设想的可行性和有效性在本节中得到了较好的验证。

本章是在保证锅炉基本结构不变和各部分热力要求一定的前提下，以体积最小作为设计的目标，在一些等式和不等式的约束下，分别对炉膛、燃烬室、对流 和对流 四部分进行局部优化，并以此为基础作出总体协调。总体协调对优化设计是必不可少的，由于锅炉各部分是相互联系的，进行总体协调就是使相互关联的变量得到一定的调整，从总体上使锅炉结构得到优化，获得最优结构解。

一、结构优化模型的建立

在工程方面，应用数学的目的在于描述客观对象的规律，并利用它以创造新价值。机械设计时选用材料，或者确定尺寸，只靠定性的判断并不很充分，必须定量地预测其状态和性能，否则就不能确定产品的性能。这个定量的过程必须以数学模型为依据。在本节中，建立数学模型的思路是：对锅炉结构进行适当地简化，得到各部分的结构简图，再确定主要结构变量，用它们来描述各部分体积表达式。要对体积目标进行优化，还有一些结构和热力的约束必须确定，设法将它们表达成等式或不等式的形式，然后用优化程序（可变容差法）对其结构参数进行优化，把所得结果（包括各参数及目标值）与已有模型进行比较，看得到的模型是否可行且在目标值上与原模型有多大差别，以判别其优化的效果。如果所得到的模型不合理，则应修改模型，重新优化，直到获得较为满意的结果。

二、结构优化算法

（一）局部优化算法

为了能比较准确地找出最优解，我们选用稳定性较好的可变容差法。虽然这种方法寻优速度较慢，但它避免了求目标函数及约束方程的导数。对锅炉结构参数的优化，求有些约束方程的导数几乎是不可能的。可变容差法的数学描述不赘述，请参阅有关文献。

（二）总体协调优化过程

在各部分局部优化时，各个局部变量认为是相互独立的，但实际模型是一个整体，需要在总体上进行各个部分之间相关联量的协调。总体协调的思想是：首先区分协调变量和独立变量，在给定一组各部分独立变量的初值后，以总体积为目标函数，对协调变量进行优化，得到一组协调变量值（这个过程中独立变量值不变），然后将这组协调变量值代人各部分模型进行局部优化，得到各部分独立变量优化值，再把独立变量值作初值，进行总体协调优化。

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