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制冷裝置優(yōu)化：優(yōu)化必要條件
隨著現(xiàn)代科技和生產(chǎn)的發(fā)展，人們在設(shè)計一個工程系統(tǒng)時，總是希望得到一個最優(yōu)的方案。所謂最優(yōu)，往往表現(xiàn)為投資最少、利潤最大、時間最省、產(chǎn)量最高、運(yùn)行費(fèi)最省等等。
從數(shù)學(xué)的角度看，最優(yōu)化問題實(shí)質(zhì)就是求最大最小的問題。第二次世界大戰(zhàn)中，由于軍事上的篙要，最優(yōu)化的理論和方法才開始得到發(fā)展。60年代以來，最優(yōu)化技術(shù)發(fā)展迅速，已成為一門新興的學(xué)科，并且得到了廣泛應(yīng)用。應(yīng)用最優(yōu)化方法，可以在不增加投資或增加少量投資的情況下，獲得很大的經(jīng)濟(jì)效益。
最優(yōu)化技術(shù)與工程應(yīng)用密切相關(guān)，大量的工程設(shè)計往往要求對各種可能的方案進(jìn)行選擇，或者對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改造。這通常都要在各種人力、物力和技術(shù)條件的約束下，找到一種最佳的設(shè)計。最優(yōu)化方法找到最佳方案而不用列舉和計算所有可能的選擇，在．于它應(yīng)用了一定的數(shù)學(xué)方法。所謂的最佳往往表現(xiàn)為一個目標(biāo)函數(shù)在滿足一定約束條件下的極大或極小。
從工程實(shí)際出發(fā)，最優(yōu)化并不僅僅是數(shù)學(xué)方法，它是為達(dá)到合理的技術(shù)設(shè)計而進(jìn)行的數(shù)學(xué)和技術(shù)上的綜合處理工作。在工程實(shí)際中主要有兩種情況：使預(yù)定的代價（能源、材料或總投資等）得到最大的技術(shù)效果；用最小的代價得到預(yù)期的技術(shù)效果。
從優(yōu)化的對象而言，制冷裝置有兩類優(yōu)化問題：
1)各個部件或整個系統(tǒng)的優(yōu)化問題，即用優(yōu)化準(zhǔn)則來優(yōu)化各個部件或整個制冷系統(tǒng)。
2)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化，即通過優(yōu)化制冷裝置的參數(shù)來節(jié)能。這可用于新設(shè)計的裝置，也可用于已經(jīng)運(yùn)行的裝置，其實(shí)質(zhì)是根據(jù)實(shí)際條件來優(yōu)化熱力學(xué)過程。
因此，制冷裝置設(shè)計的優(yōu)化問題，就是確定一組設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)的最優(yōu)值。顯然，這與設(shè)計制造制冷機(jī)和設(shè)備的工程理論和實(shí)踐是密切相關(guān)的。
優(yōu)化可以是部分的，也可是綜合的。部分優(yōu)化與制冷機(jī)部件有關(guān)。嗣冷裝置的綜合優(yōu)化包括各部件，如熱交換器和機(jī)器。綜合優(yōu)化不僅要考慮各個部件的部分優(yōu)化參數(shù)，還要考慮這些部件組合到翻冷循環(huán)及系統(tǒng)中的參數(shù)。
部分優(yōu)化與綜合優(yōu)化的主要區(qū)別是，對給定髑冷量和蒸發(fā)溫度的制冷裝置來說，其它的過程或設(shè)計參數(shù)保持不變，而其中一個過程參數(shù)被優(yōu)化。所以在裝置中決定所選用部件的全套參數(shù)時，部分優(yōu)化只處理一個或少量幾個的獨(dú)立參數(shù)。這種在計算機(jī)普及前就發(fā)展了的優(yōu)化方法，適合于手工計算，而綜合優(yōu)化則需用計算機(jī)才能實(shí)現(xiàn)。
顯然，對于鈳冷裝置的節(jié)能，最優(yōu)化技術(shù)是十分重要而有力的工具。尤其對于制冷裝置（系統(tǒng)）設(shè)計的節(jié)能，更為重要。但由于種種原因，最優(yōu)化技術(shù)在制冷工程中的應(yīng)用才開始起步。
為了把最優(yōu)化方法用于具體工程問題，必須定義被優(yōu)化系統(tǒng)的性能指標(biāo)和約束條件，必須選擇代表優(yōu)化因素的獨(dú)立變量，寫出表示各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。這就是工程最優(yōu)化的建模過程，也是最優(yōu)化技術(shù)的關(guān)鍵。
對于一個需要最優(yōu)化的問題，首先要選擇一個性能指標(biāo)。例如，設(shè)計一個換熱器，可供選擇的材料材質(zhì)及規(guī)格很多，制造工藝也各不相同，選什么方案為最佳？這就首先要確定性能指標(biāo)。指標(biāo)可以是耗用的材料最少，或是體積尺寸最小，也可以是制造的成本最低。更常見的則往往是要求某個綜合指標(biāo)的最佳。
在許多實(shí)際工程問題中，一般選擇一個經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，這個指標(biāo)可以是總資本耗費(fèi)最少，年運(yùn)行費(fèi)最少等等。但無論選擇了什么樣的性能指標(biāo)，最優(yōu)化總是指選擇的系統(tǒng)有最小或最大的性能指標(biāo)值。
一般情況下，在指標(biāo)確定之后，相應(yīng)的優(yōu)化問題就有了確定的結(jié)果。指標(biāo)不同，結(jié)果就不同。因而所锝的優(yōu)化結(jié)論是否符合實(shí)際，是否可以采用，首先就決定于指標(biāo)選得是否合適。例如在設(shè)計換熱器時，如果把運(yùn)行費(fèi)最少作為指標(biāo)，而不考慮投資，那么優(yōu)化的結(jié)果將是換熱面積無窮大，顯然這是不合理的結(jié)果。為了選好指標(biāo)，需要認(rèn)真研究分析被優(yōu)化對象的特征與條件，往往還需要從事被優(yōu)化對象操作使用或研究工作人員的合作。