序列數(shù)編碼的遺傳算法柔性優(yōu)化多股流板翅式換熱器通道排列

肖武，王開鋒，阮雪華，莊晨，胡云云，賀高紅（大連理工大學(xué)精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，膜科學(xué)與技術(shù)研究開發(fā)中心，遼寧 大連 116024）

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研究開發(fā)

序列數(shù)編碼的遺傳算法柔性優(yōu)化多股流板翅式換熱器通道排列

肖武，王開鋒，阮雪華，莊晨，胡云云，賀高紅
（大連理工大學(xué)精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，膜科學(xué)與技術(shù)研究開發(fā)中心，遼寧 大連 116024）

摘要：實(shí)數(shù)編碼的遺傳算法在優(yōu)化多股流板翅式換熱器通道排列中進(jìn)行個(gè)體間交叉、變異操作后，存在無法保證各流體的通道數(shù)恒定不變的問題。對(duì)此，以通道的熱負(fù)荷累積均方差為目標(biāo)函數(shù)，建立通道排列的優(yōu)化模型，提出基于序列數(shù)編碼方式的改進(jìn)遺傳算法進(jìn)行多股流板翅式換熱器通道優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了個(gè)體間交叉和變異遺傳操作。對(duì)一包含4個(gè)流股57個(gè)通道的板翅式換熱器通道排列進(jìn)行優(yōu)化，并通過多工況點(diǎn)設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)柔性進(jìn)行分析。結(jié)果表明：本文優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的累積熱負(fù)荷均方差為3562.9W，比文獻(xiàn)經(jīng)驗(yàn)值小2.7%，相比于實(shí)數(shù)編碼遺傳算法得到的結(jié)果，減少了15.1%，且累積熱負(fù)荷在零線上下均勻波動(dòng)。文章表明序列數(shù)編碼的遺傳算法增加了遺傳算法種群中個(gè)體的多樣性，提高了搜索效率具有更好的全局搜索能力。

關(guān)鍵詞：板翅式換熱器；優(yōu)化設(shè)計(jì)；通道排列；序列數(shù)編碼；遺傳算法

第一作者：肖武（1977—），男，博士，副教授，主要從事化工系統(tǒng)工程研究。聯(lián)系人：賀高紅，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事化工系統(tǒng)工程和膜科學(xué)與技術(shù)研究。E-mail hgaohong@dlut.edu.cn。

板翅式換熱器（PFHE）結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、熱效率高，在制冷、石化、空分、航空航天、工程機(jī)械和超導(dǎo)等工業(yè)領(lǐng)域中普遍應(yīng)用［1-4］。通道排列設(shè)計(jì)是嚴(yán)重影響多股流PFHE熱效率和換熱效果的關(guān)鍵因素［5］。實(shí)驗(yàn)表明，在保持其他操作條件不變的前提下，通過合理設(shè)計(jì)通道排列方式，PFHE的換熱能力能夠成倍提高［6］。

PFHE在工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常遇到3種及以上流體同時(shí)存在的情況，即多股流PFHE問題。在這種情況下，同時(shí)參與換熱的冷熱流股多達(dá)十余股，而需要進(jìn)行分配的流體通道則多達(dá)上百道。在早期的生產(chǎn)實(shí)踐中，通常采取冷流體通道混合疊置的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方式［7］。由于不能完全將各股冷流體隔離開，混合疊置排列方式普遍存在溫度交叉、熱量?jī)?nèi)耗等缺點(diǎn)［8］。針對(duì)這些不足，F(xiàn)AN［9］在1966年提出了隔離疊置排列法，將冷流體通道完全隔離開，不僅能夠提高熱效率，而且能減少溫度交叉和熱量?jī)?nèi)耗等不足。此后，SUESS等［10］于1979年提出了平衡局部熱負(fù)荷的設(shè)計(jì)原則，沿著換熱器橫向?qū)⑵鋭澐殖扇舾蓚€(gè)極小的平衡單元，使熱量傳遞僅在小單元內(nèi)部進(jìn)行，進(jìn)一步減少溫度交叉和熱量?jī)?nèi)耗。陳長(zhǎng)青等［11］于 1989年在前人工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善了通道排列的設(shè)計(jì)原則。近年來，PRASAD等［12］應(yīng)用“半翅片理想化”的概念分析方法研究多股流換熱器和通道排列的影響，建立了一個(gè)廣義的多股流換熱器翅片方程，通過方程的迭代求解分析不同通道排列方式的優(yōu)劣。然而，由于通道排列的可能性極多，其優(yōu)化設(shè)計(jì)往往出現(xiàn)“組合爆炸”現(xiàn)象，上述基于常規(guī)窮舉法的設(shè)計(jì)過程，很難找到最優(yōu)的通道排列方式［13-14］。

遺傳算法（GA）作為一種智能隨機(jī)優(yōu)化算法，常用于存在“組合爆炸”現(xiàn)象的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。近年來，已有較多學(xué)者利用遺傳算法對(duì)板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)［15-20］。利用遺傳算法進(jìn)行通道排列的設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中不斷試算迭代的半經(jīng)驗(yàn)方法。GHOSH等［5］以最大熱負(fù)荷為目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法優(yōu)化限定通道數(shù)的板翅式換熱器的疊加方式。胡云云等［20］以累積最小熱負(fù)荷均方差為目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法優(yōu)化變工況板翅式換熱器的通道排列，能夠快速地設(shè)計(jì)較優(yōu)的通道排列方式。但是，上述文獻(xiàn)中遺傳算法采用二進(jìn)制編碼或?qū)崝?shù)編碼，在個(gè)體間交叉、變異過程中存在通道數(shù)目發(fā)生改變的局限性。此外，由于只能采用自身交叉的方法，限制了算法的搜索效果，使優(yōu)化結(jié)果往往陷入局部最優(yōu)解。

板翅式換熱器通道排列的設(shè)計(jì)中，往往是對(duì)一個(gè)給定的工況點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而，由于季節(jié)變化和生產(chǎn)波動(dòng)，換熱器入口流股的流量和溫度會(huì)處于一個(gè)變化的動(dòng)態(tài)過程。傳統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)方法以最大工況為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，常常使得換熱器過度設(shè)計(jì)，或者使換熱器實(shí)際操作達(dá)不到最佳的設(shè)計(jì)性能［21］，因此柔性設(shè)計(jì)十分必要，而且對(duì)于復(fù)雜的板翅式換熱器尤其重要。因此，以多個(gè)不同的典型工況點(diǎn)作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，得到多個(gè)不同設(shè)計(jì)方案后整合成一個(gè)最優(yōu)通道排列，從而實(shí)現(xiàn)在大多數(shù)操作條件下該設(shè)計(jì)方案能以較優(yōu)化的狀態(tài)操作，實(shí)現(xiàn)板翅式換熱器通道排列的柔性設(shè)計(jì)。

本文針對(duì)傳統(tǒng)二進(jìn)制和實(shí)數(shù)編碼方法在多股流PFHE通道排列優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中難以有效實(shí)現(xiàn)個(gè)體間交叉和變異的限制，提出基于序列數(shù)編碼方式的改進(jìn)遺傳算法，以通道的累積熱負(fù)荷均方差為目標(biāo)函數(shù)，進(jìn)行多股流PFHE的通道排列的柔性優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 數(shù)學(xué)模型

板翅式換熱器（PFHE）是由隔板分隔翅片，再通過壓緊釬焊在一起的換熱設(shè)備。將毗鄰流體分隔開所用的隔板的面積為一次換熱面積F1。在相鄰隔板之間的翅片的面積為二次傳熱面積F2。在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常遇到3種及3種以上流體同時(shí)換熱的情況，這種情況對(duì)應(yīng)的是多股流 PFHE，其簡(jiǎn)化的傳熱機(jī)理見圖1。

圖1 多股流板翅式換熱器的傳熱機(jī)理示意圖

為了保證較好的熱效率和換熱效果，相鄰冷熱流體在通道中應(yīng)互為逆流流動(dòng)，此時(shí)平均溫差較大，是應(yīng)用普遍的一種流動(dòng)形式。較好的換熱器設(shè)計(jì)是使熱流體從換熱器流道一端進(jìn)入，而冷流體從另一端進(jìn)入?？偟臒嶝?fù)荷定義為熱流體給出的全部熱量或者為從冷流體得到的總熱量。

總熱負(fù)荷定義為式（1）。

式中，m為質(zhì)量流率；cp為比熱容；｛th（0）-th（1）｝e和｛tc（0）-tc（1）｝f為第e股熱流體和第f股冷流體的進(jìn)出口溫差；0和1分別對(duì)應(yīng)著進(jìn)口和出口的含義；K為總傳熱系數(shù)；A為傳熱面積；Δtm為對(duì)數(shù)平均溫差。

在板翅式換熱器設(shè)計(jì)時(shí)，進(jìn)出口的流體溫度、質(zhì)量流率和比熱容是給定的，即總的熱負(fù)荷Q和傳熱溫差 Δ T一定。因此，根據(jù)傳熱速率方程Q =K× A×ΔT換熱器的傳熱面積 A主要取決于總傳熱系數(shù)K。所以，在翅片幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的條件下，總傳熱系數(shù)主要由通道排列方式?jīng)Q定。通道的排列方式?jīng)Q定了通道的表面?zhèn)鳠嵝剩瑥亩绊懣倐鳠嵯禂?shù)。即好的通道排列方式對(duì)應(yīng)高的總傳熱系數(shù)，可以減少換熱器的面積。通道排列設(shè)計(jì)優(yōu)化問題是，在給定換熱器的各種幾何參數(shù)，如翅片高度、翅片間距等，換熱器長(zhǎng)度和寬度等給定的情況下，找出換熱性能最好的換熱器通道排列，這是一個(gè)“通道模擬問題”，根據(jù)通道熱負(fù)荷分布選擇最佳的通道排列。SUESS等［10］提出當(dāng)通道排列較好時(shí)，流道之間的熱負(fù)荷在零位線上下均勻分布，因此可以用數(shù)學(xué)中判斷分布的均方差作為通道排列好壞的判據(jù)，當(dāng)該通道排列下其累積熱負(fù)荷均方差越小，則說明排列越好。對(duì)于不合適的設(shè)計(jì)，大部分通道的累積熱負(fù)荷會(huì)持續(xù)為正值或者負(fù)值，文獻(xiàn)［5］案例結(jié)果驗(yàn)證了以上結(jié)論的正確性。

為了簡(jiǎn)化通道累積熱負(fù)荷計(jì)算，假設(shè)同一種流體流經(jīng)的每個(gè)通道的出入口溫度和流量均相同。因此，可以計(jì)算對(duì)各j流股的單個(gè)流道熱負(fù)荷q（jj = A、B、C、D…；熱流體為正值，冷流體為負(fù)值），見式（2）。

式中，m為質(zhì)量流量；cp為定壓比熱容；t（0）為入口溫度；t（1）為出口溫度；nj為j流股的流道數(shù)。

對(duì)某一排列方案，將流道順次編號(hào)，i=1，2， 3，…，N（流道總數(shù)，）。從第一流道開始（i=1），依次計(jì)算其累積流道熱負(fù)荷值 σi，計(jì)算式如式（3）。

則累積熱負(fù)荷均方差δ的計(jì)算公式如式（4）。

即目標(biāo)函數(shù)為熱負(fù)荷均方差最小:minδ。

2 基于序列數(shù)編碼的改進(jìn)遺傳算法

編碼是遺傳算法編寫程序的首要問題。編碼形式直接影響選擇、交叉、變異等重要的遺傳操作和優(yōu)化效果。針對(duì)二進(jìn)制編碼和實(shí)數(shù)編碼等傳統(tǒng)方法在個(gè)體間交叉、變異操作中存在通道數(shù)目發(fā)生改變的局限性，本文采用序列數(shù)編碼。

以含有A、B、C、D共4股流體的多股流PFHE通道排列為例，假設(shè)每股流體只含有一個(gè)通道，由此可得兩組可能的通道排列，即BDAC和ABDC。在圖2中，給出了針對(duì)BDAC通道排列的序列數(shù)編碼過程，具體步驟如下。

圖2 通道排列BDAC的序列數(shù)編碼步驟

（1）ABCD為初始基準(zhǔn)通道排列，對(duì)應(yīng)的序列數(shù)編碼基準(zhǔn)Ⅰ為1 2 3 4，由此可以確定第一個(gè)通道序列號(hào)。以BDAC通道編碼過程為例，首先確定第一個(gè)通道B對(duì)應(yīng)的序列數(shù)為2。

（2）刪除已編碼通道，生成新的編碼基準(zhǔn)，確定下一個(gè)通道對(duì)應(yīng)的序列數(shù)。以BDAC為例，刪除通道 B，生成編碼基準(zhǔn)Ⅱ?yàn)?1 2 3 （對(duì)應(yīng)通道ACD），確定第二個(gè)通道D對(duì)應(yīng)的序列數(shù)為3。

（3）重復(fù)步驟（2），對(duì)剩余通道A和C進(jìn)行編碼分別為1和1。

最終，經(jīng)過序列數(shù)編碼，得出通道排列個(gè)體BDAC的編碼為2 3 1 1。同樣的步驟，可以得到通道排列個(gè)體ABDC的編碼為1 1 2 1。

解碼是編碼的逆過程，對(duì)編碼2 3 1 1進(jìn)行解碼的具體步驟如圖3所示，描述如下。

（1）ABCD仍為基準(zhǔn)通道排列，對(duì)應(yīng)的序列數(shù)解碼基準(zhǔn)Ⅰ為1 2 3 4。編碼2 3 1 1的第一個(gè)序列數(shù)為2，對(duì)應(yīng)的通道為B，即解碼得到的第一個(gè)通道為B。

（2）在基準(zhǔn)通道排列中刪除已解碼通道，生成新的序列數(shù)解碼基準(zhǔn)，確定下一個(gè)序列數(shù)對(duì)應(yīng)的通道。因此，刪除已解碼通道B，重新生成解碼基準(zhǔn)Ⅱ，則第二個(gè)序列數(shù)3對(duì)應(yīng)的通道為D。

（3）重復(fù)步驟（2），對(duì)剩余的序列數(shù) 1和 1進(jìn)行解碼得到通道為A和C。

最終，解碼得到序列數(shù)編碼為2 3 1 1的通道排列為BDAC。

對(duì)通道排列BDAC和ABDC基于序列數(shù)編碼，分別為2 3 1 1和1 1 2 1。進(jìn)行單點(diǎn)交叉操作后解碼得到新的通道排列 BDCA和ABCD，如圖4（a）所示。對(duì)通道排列BDAC進(jìn)行單點(diǎn)變異操作后解碼得到新的通道排列BACD，如圖4（b）所示。由此可知，基于序列數(shù)編碼的個(gè)體進(jìn)行個(gè)體間交叉和變異后，每股流體的固定通道數(shù)保持不變，為 1。因此，與實(shí)數(shù)編碼和二進(jìn)制數(shù)編碼相比，序列數(shù)編碼方式可以實(shí)現(xiàn)個(gè)體間交叉和變異操作，提高了搜索效率，增加了遺傳算法中種群個(gè)體的多樣性，在更大范圍內(nèi)進(jìn)行全局最優(yōu)解的搜索。

在序列數(shù)編碼改進(jìn)遺傳算法的基礎(chǔ)上，本文以通道的熱負(fù)荷累積均方差為目標(biāo)函數(shù)［關(guān)聯(lián)計(jì)算見公式（4），最小值為最優(yōu)解］進(jìn)行多股流PFHE通道排列優(yōu)化設(shè)計(jì)的求解迭代流程如圖5所示。

3 案 例

本案例來自文獻(xiàn)［22］，現(xiàn)有一無相變的板翅式換熱器，有4種流體在其中進(jìn)行熱交換，分別以字母A、R、W、N來表示，一股熱流體空氣以字母A表示，3股冷流體環(huán)流空氣、污氮和純氮分別以字母R、W、N表示。具體的流體物性數(shù)據(jù)見表1。4種流體通道數(shù)目分別是23、16、16、2。

圖3 編碼2 3 1 1的解碼步驟

圖4 序列數(shù)編碼后個(gè)體間的單點(diǎn)交叉和變異示意圖

圖5 序列數(shù)編碼改進(jìn)遺傳算法的求解流程圖

為了和文獻(xiàn)［20］的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，3個(gè)不同的工況點(diǎn)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)一致，如表2所示。

在 Matlab中利用序列數(shù)編碼進(jìn)行遺傳算法程序編制，計(jì)算3個(gè)工況下的通道排列，得到每個(gè)工況下的優(yōu)化通道排列和通過柔性分析得到的最終通道排列如表3所示。

累積熱負(fù)荷變化圖是直觀分析通道排列優(yōu)劣的有效方式。針對(duì)工況2流股數(shù)據(jù)，以下給出了文獻(xiàn)［20］利用實(shí)數(shù)編碼遺傳算法得到的優(yōu)化通道排列方案和本文得到的優(yōu)化通道排列下的累積熱負(fù)荷變化圖，分別見圖6和圖7。可以發(fā)現(xiàn)，本文提出的方法獲得的優(yōu)化通道排列下的累積熱負(fù)荷在零線上下震蕩，分布均勻，是更優(yōu)化的設(shè)計(jì)。而文獻(xiàn)［20］方案下的累積熱負(fù)荷存在局部不平衡現(xiàn)象，冷量過剩較為嚴(yán)重，出現(xiàn)了不均勻的連續(xù)正值和負(fù)值。主要原因是在優(yōu)化過程中僅采用自身交叉，優(yōu)化結(jié)果依賴于初始解的質(zhì)量，且容易陷入局部最優(yōu)。

表1 工況點(diǎn)1中流股物性

表2 3個(gè)工況點(diǎn)流股數(shù)據(jù)

表3 改進(jìn)的遺傳算法通道排列設(shè)計(jì)結(jié)果

圖6 實(shí)數(shù)編碼遺傳算法優(yōu)化通道排列下的累積熱負(fù)荷變化（工況點(diǎn)2）

圖7 序列數(shù)編碼遺傳算法優(yōu)化通道排列下的累積熱負(fù)荷變化（工況點(diǎn)2）

從通道的累積熱負(fù)荷變化圖中可以看出，采用基于序列數(shù)編碼方式的改進(jìn)遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)的通道排列優(yōu)于文獻(xiàn)中基于實(shí)數(shù)編碼方式遺傳算法獲得的通道排列。表4列出了3種方法設(shè)計(jì)方案的累積熱負(fù)荷均方差的結(jié)果對(duì)比。從表4中最后一列的3個(gè)工況點(diǎn)下的平均累積熱負(fù)荷均方差對(duì)比可知，本文優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的累積熱負(fù)荷均方差為3562.9W，比文獻(xiàn)經(jīng)驗(yàn)值小2.7%，相比于實(shí)數(shù)編碼遺傳算法得到的結(jié)果，減少了15.1%。由圖7結(jié)果說明，本文得到的優(yōu)化通道排列的累積熱負(fù)荷在零線上下均勻波動(dòng)。結(jié)果說明基于序列數(shù)編碼的遺傳算法具有更好的全局搜索能力，得到了累積熱負(fù)荷均方差更小，且累積熱負(fù)荷在零線上下均勻波動(dòng)的優(yōu)化通道排列方案。

表4 通道排列對(duì)應(yīng)的累積熱負(fù)荷均方差對(duì)比

4 結(jié) 論

本文提出利用序列數(shù)編碼方式的改進(jìn)遺傳算法對(duì)多股流板翅式換熱器的通道排列方式進(jìn)行了柔性優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出主要結(jié)論。

（1）采用序列數(shù)編碼方式，克服了實(shí)數(shù)編碼和二進(jìn)制編碼在個(gè)體間交叉、變異過程中容易產(chǎn)生原有流體通道數(shù)目發(fā)生變化的局限。序列數(shù)編碼方式可以實(shí)現(xiàn)個(gè)體間交叉和變異操作，增加了遺傳算法種群中個(gè)體的多樣性，提高了搜索效率。

（2）對(duì)包含4個(gè)流股57個(gè)通道的板翅式換熱器通道排列進(jìn)行優(yōu)化，并通過多工況點(diǎn)設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)柔性進(jìn)行分析。案例結(jié)果表明本文基于序列數(shù)編碼的遺傳算法具有更好的全局搜索能力，能得到累積熱負(fù)荷均方差更小，且累積熱負(fù)荷在零線上下均勻波動(dòng)的優(yōu)化通道排列方案。

（3）以通道的累積熱負(fù)荷均方差為目標(biāo)函數(shù)，建立通道排列優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并利用改進(jìn)的遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，能直接避免經(jīng)驗(yàn)法手動(dòng)調(diào)優(yōu)的繁瑣和失誤的可能性，提高了通道排列設(shè)計(jì)的優(yōu)化性能。同時(shí)，為大規(guī)模的多股流換熱器通道排列設(shè)計(jì)提供了一種有效的方法。

符 號(hào) 說 明

c——冷流股

cp——定壓比熱容，kJ/（kg·K）

h——熱流股

K——總傳熱系數(shù)，kW/（m2·K）

m——質(zhì)量流量，kg/h

nj——流道數(shù)

Q——換熱量，kW

qj——單個(gè)流道熱負(fù)荷，kW

t（0） ——入口溫度，K

t（1） ——出口溫度，K

Δtm——對(duì)數(shù)平均溫差，K

σi——流道累計(jì)熱負(fù)荷，kW

δ——累計(jì)熱負(fù)荷均方差，kW

參 考 文 獻(xiàn)

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Flexible optimization of passage arrangement for multi-stream plate-fin heat exchangers using genetic algorithm with ordinal number encoding

XIAO Wu，WANG Kaifeng，RUAN Xuehua，ZHUANG Chen，HU Yunyun，HE Gaohong
（State Key Laboratory of Fine Chemical，R&D Center of Membrane Science and Technology，Dalian University of Technology，Dalian 116024，Liaoning，China）

Abstract:There is a problem that the passage number cannot remain the same，when the crossover and the mutation operation are performed to optimize the passage arrangement of multi-stream plate-fin heat exchanger（MS-PFHE） by genetic algorithm（GA） using the real coding. Hence，an improved GA using ordinal number encoding was proposed to optimize the passage arrangement of MS-PFHE. On this basis，the crossover and the mutation operation can be successfully performed between individuals，and an optimization model of passage arrangement was built with the mean square deviation of heat load accumulation in the passage as the objective function. The passage arrangement of MS-PFHE was optimized，which contained 4 streams and 57 passages，and flexibility of the system was analyzed by several operation points. The results showed that，the mean square deviation of heat load accumulation of the optimized design scheme in this study was 3562.9W，which was 2.7% lower than the empirical method in the literature，and it was 15.1% lower than the result obtained by GA using the real coding. In addition，the heat load accumulation fluctuated to the zero line. It indicated that GA using ordinal number encoding can increase population individuals variety in GA and improve searching efficiency，so that the algorithm can have better performance in reaching the global optimum.

Key words:plate-fin heat exchanger；optimal design；passage arrangement；ordinal number encoding；genetic algorithm

中圖分類號(hào)：TE 965

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-6613（2016）05-1353-07

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.05.014

收稿日期：2015-11-11；修改稿日期：2015-12-01。

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（21206014，21125628）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金（DUT14LAB14）及中國(guó)石油化工股份有限公司資助項(xiàng)目（X514001）。