فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه و مروري بر تحقيقات پيشين

انسان همواره در جهان اطراف خود به دنبال یافته هاي جديدي است. اما در اين ميان آنچه اهميت دارد نگاه عالمانه به جهان مي باشد که بتوان با بهره گيري از آن نگاه، پديده هاي مختلف را مورد موشکافي قرار داده و به ايده ها ي جديدي دست يافت که راهگشاي گوشه اي از مشکلات زندگي بشر امروز باشد. خداوند متعال در آفرينش جهان نظم و قانون خاصی حکمفرما کرده است، اين مساله ميتواند توجه انسان را در کشف رمز و راز اين قوانين برانگيزد. به عنوان مثال چرا درختان در هنگام تابش آفتاب طوري شاخه هاي خود را به حرکت در مي آورند که در ساعات مختلف روز استفاده کافي از نور را داشته باشند و يا اينکه چگونه هنگام بارش باران، آب باران کوتاه ترين مسير را براي رسيدن به رودخانه ها طي ميکند. البته اين نگاه انسان فقط به پديده هاي جهان اطراف ختم نمي شود، مثلا ساز و کار اندام هاي موجود در بدن انسان، آشنايي بيشتر با آنها مي تواند سوال هاي جديدي را در ذهن انسان ايجاد کند. به عنوان مثال چرا بافت هاي شش انسان منبسط و منقبض مي گردند و … تنها پاسخ گويي به اين نوع سوالات راهگشاي مشکلات نخواهد بود بلکه دستيابي به ايده هاي جديد و پياده سازي آن بطور عملي در علم روز بايد هدف قرار گيرد.   نظم حاکم در جهان هستي و پديده هاي موجود در طبيعت همواره دست مايه محققين در آفرينش ايده هاي  جديد بوده است. يکي از اين ايده هاي جديد که به صورت يک تئوري بيان شده، تئوري ساختاري است. همانطور که از نام اين تئوري مشخص مي شود از نظم ساختاري موجود در پديده هاي طبيعي الهام گرفته شده است.تئوري ساختاری در واقع يک پيش­زمينه ايست که در طراحي ساختار جريان بکار مي رود. پايه و اساس آن مي تواند يک اصل فيزيکي برگرفته از طبيعت باشد، اين از آنجا ناشي مي گردد که سيستم­هاي جريان طبيعي داراي ساختار بهينه هستند. در نتيجه ايده دستيابي به ساختار بهينه را محققين از پديده هاي طبيعي گرفته اند]1[.  از طرفي پروژه ها نمايانگر توسعه پايدار در هر کشور مي باشد. یکي از پروژهايي که در هر کشور بخصوص کشورهاي نفت خيز در حال توسعه اهميت بسيار زيادي دارد، انتقال و توزيع نفت و گاز از طريق خطوط لوله مي باشد. اقتصاد اين کشورها به شدت بستگي به عمليات روان و بدون نقص اين خطوط دارد و همچنين امروزه با توجه نياز جامعه، افزايش رو به رشد جمعيت و محدوديت در منابع، استفاده از روش هاي نوين براي بهينه سازي سيستم هاي انتقال و توزيع اين منابع (نفت وگاز) از اهميت زياد و قابل توجهي برخوردار است.

البته ممکن است که با بکارگيري تکنيک هاي پيشرفته، پروسه هاي طراحي و بهينه سازي پيچيده تر گردد. اما با بکارگيري همزمان رياضيات و استفاده از رايانه به عنوان ابزاري در حل بسيار دقيق، ميتوان اين مشکل را حل کرد.در اين پايان نامه طراحي و بهينه سازي شبکه هاي توزيع گاز شهري و روستايي مورد مطالعه قرار گرفته است. که ابتدا به معرفي اين نوع سيستم هاي توزيع گاز پرداخته شده و در ادامه طراحي و بهينه سازي آن مورد بررسي قرارگرفته شده است. يک شبکه توزيع گاز داراي چند خط اصلي[1] است که گاز را از ايستگاه تقليل فشار وارد شهر کرده و به دست مصرف کنندگان مي رساند]2[.

اصولا در طراحي شبکه توزيع گاز سرعت، فشار و شدت جريان گاز و قطر لوله ها از پارامترهاي موثر در طراحي هستند که بر روي یکديگر تاثير متقابل دارند. عموما جريان در شبکه توزيع گاز در حالت دائمي فرض مي شود.با توجه به متغيرهاي فراواني که در شبکه توزيع گاز وجود دارد با استفاده از رايانه و بهره گيري از يک روش بهينه سازي مناسب مي توان هزينه نهايي سيستم را کمينه کرد.

  در واقع هدف از اين تحقيق کاهش هزينه ها نهايي براي شبکه شاخه اي توزيع گاز مي باشد. بدين منظور از روش تئوري ساختاري به عنوان يک روش نوين در طراحي سيستم شاخه اي توزيع گاز طبيعي و بهينه سازي آن استفاده مي گردد.

درادامه اين فصل مروري بر تحقيقات پيشين صورت مي پذيرد.در فصل دوم مفاهيم کلي طراحي و بهينه سازي بيان گرديده و همچنين مقايسه اي بين طراحي همراه با فرآيند بهينه سازي با طراحي متداول[2] انجام گرفته است. تاريخچه بهينه سازي، روش هاي مختلف بهينه سازي[3] و الگوي بهينه سازي استاندارد از جمله مواردي است که در ادامه اين فصل شرح داده مي شود.معادلات حاکم بر جريان هاي تراکم پذير و تراکم ناپذير با رژيم هاي آرام و آشفته درون لوله هاي صاف و لوله هاي زبر در فصل سوم اين پايان نامه ارائه مي گردد.در فصل چهارم روش طراحي با تئوري ساختاري و چگونگي استفاده از آن براي طراحي و بهينه سازي سيستم هاي مختلف توزيع سيال شرح داده شده است.امکان بکارگيري تئوري ساختاري براي شبکه شاخه اي گاز در فصل پنجم مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين در اين فصل روش طراحي و بهينه سازي در قالب يک الگوريتم بر مبناي سعي وخطا بيان شده است. درانتهاي فصل پنجم يک ساختار ساده شاخه اي گاز به عنوان نمونه انتخاب و بر اساس روش حل پيشنهادي طراحي مي گردد تا کارايي تئوري ساختاري در بهينه سازي شبکه شاخه اي گاز مورد ارزيابي قرار گيرد.در فصل ششم روش بهينه سازي شبکه شاخه اي گاز  بر مبناي تئوري ساختاري  براي چهار مسئله مختلف (از نظر تعداد مصرف کننده) بکار گرفته شده و براي هر مسئله مسيرهاي بحراني از نظر هزينه مشخص گرديده است و همچنين هزينه نهايي کل در هر شبکه با طراحي هاي مشابه قبلي مورد مقايسه قرار گرفته است.در فصل هفتم نتايج به دست آمده در اين پژوهش ارائه و همچنين پيشنهاداتي براي بکارگيري تئوري ساختاري در زمينه هاي ديگر گرديده است.

1
1-1 مقدمه 1
1-2 اهداف پايان نامه حاضر 3
1-3 مروري بر تحقيقات پيشين 3
    1-3-1- طراحي شبکه گاز 3
    1-3-2- تئوري ساختاری 6

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم: مفاهيم طراحي و بهينه سازي

مهندسی، به يک تعبير متشکل از تعدادی فعالیت  است که خوب پایه ریزی شده اند و به شکل مناسبی در کنار هم قرار گرفته اند. این فعالیت ها عبارتند از: تحلیل، طراحی، ساخت، فروش، پژوهش و توسعة سیستم ها.طراحی سیستم های پیچیده نیاز به محاسبات عظیم و پردازش داده ها دارد. در طی سه دهه گذشته، انقلابی در فنآوری رایانه و محاسبات عددی به وقوع پیوست. رایانه های امروزی محاسبات پیچیده و پردازش داده های بسیار بزرگ را به طور مؤثری انجام می دهند. فرآیند طراحی مهندسی از این انقلاب بسیار بهره مند شده است. بدين ترتيب سیستم های بهتری را با تحلیل پارامترهای اختیاری متعددی می توان در زمان کوتاهی طراحی کرد. این نوع تحلیل ها و طراحی ها بسیار مورد توجه هستند، زیرا حاصل آن سیستم های بهتر، کم هزینه تر، با ظرفیت های بیشتر و عملکرد و نگهداری ساده تری خواهد بود.سیستم ها را می توان به صورت بهینه طراحي نمود. در سال های اخیر، روش های عددی بهینه سازی به میزان زیادی توسعه و بهبود یافته اند.

2-2- فرآیند طراحی

 فرآیند طراحی سیستم ها به مجموعة نقشه ها، محاسبات و گزارش هایی می انجامد که سیستم بر اساس آنها ساخته می شود.مهندسان برای طراحی بهترین سیستم ها تلاش می کنند. معنی بهترین برای سیستم های مختلف با توجه به ویژگی های آنها متفاوت است. به طور کلی، بهترین سیستم یعنی سیستمی کم هزینه تر، با بازدهی بالاتر، قابل اعتمادتر و بادوام تر]16[.

هدف از بهينه سازي یافتن طرح قابل قبول، با توجه به محدوديتها و نيازهاي مسئله است. براي يک مسئله ممکن است طرح هاي مختلفي وجود داشته باشد که براي مقايسه آنها و انتخاب طرح بهينه، تابعي به نام تابع هدف تعريف مي گردد. انتخاب اين تابع به طبيعت مسئله بر         مي گردد. گاهي در بهينه سازي چند تابع هدف بطور همزمان مدنظر قرار مي گيرند. اين گونه مسائل بهينه سازي که در بر گيرنده چند تابع هدف هستند را مسائل چند هدفي مي نامند. ساده ترين راه در برخورد با اينگونه مسائل تشکيل يک تابع هدف جديد به صورت ترکيب خطي توابع هدف اصلي مي باشد که در اين ترکيب ميزان اثر گذاري هر تابع با وزن اختصاص يافته به آن، مشخص مي شود]17 [.هر مسئله بهينه سازي داراي تعدادي متغير مستقل که آنها را متغيرهاي طراحي ناميده و با بردار n بعدي X (بردار طراحي) نشان داده مي شود. هدف از بهينه سازي تعيين مقادير اختصاصي به متغيرهاي طراحي است به گونه اي که تابع هدف کمينه يا بيشينه مي گردد. مسائل مختلف بهينه سازي به دو دسته تقسيم مي گردد:الف) مسائل بهينه سازي بدون قيد[1]: در اين مسائل هدف بيشينه يا کمينه کردن تابع هدف بدون هيچ گونه قيدي بر روي متغيرهاي طراحي مي باشد]17[.

   ب) مسائل بهينه سازي مقيد[2]: بهينه سازي در اغلب مسائل کاربردي، با توجه به قيود  صورت مي گيرد. قيودي که در زمينه رفتار و عملکرد سيستم مي باشند. قيود رفتاري و قيودي که در فيزيک مسئله وجود دارد را قيود هندسي يا جانبي[3]  ناميده مي شوند. معادلات معرف قيود، ممکن است به صورت مساوي يا نا مساوي باشند که در هر مورد روش بهينه سازي متفاوت است. به هر حال قيود، ناحيه قابل قبول را در طراحي معين مي کنند]17[.

تاريخچه روش هاي بهينه سازي

 گذشته روشهاي بهينه سازي را مي توان در روزگار نيوتن[4]، لاگرانژ[5] و کوشي[6] رديابي کرد. بسط روشهاي بهينه سازي حساب ديفرانسيل با تحقيقات انجام شده توسط نيوتن و لايبنيتز[7] آغاز شد. حساب تغييرات توسط برنولي[8]، اولر[9]، لاگرانژ و ويرشتراس[10] بنيانگذاري شد. يک روش بهينه سازي که شامل افزودن ضرايب مجهول است، بنام يابنده آن لاگرانژ نامگذري شد. کوشي براي اولين بار روش تندترين کاهش را در حل مسائل بهينه سازي نامقيد بکار گرفت. با وجود سهم اين افراد، تا قرن حاضر پيشرفت بسيار اندکي در زمينه بهينه سازي حاصل گرديد. در اين قرن، کامپيوترهاي سريع به کارگيري روش هاي بهينه سازي را ممکن ساخت و تحقيقات بيشتري را براي روشهاي جديد برانگيخت]18[.بسط روش سيمپلکس در 1948 توسط دنتزيک[11] براي مسائل برنامه ريزي خطي، و ارائه اصل بهينگي در 1957 توسط بلمن[12] براي مسائل برنامه ريزي پويا، راه را براي توسعه روشهاي بهينه سازي مقيد گشود]19[. کلن[13] و تاکر[14] در 1951 شرايط لازم وکافي براي وجود جواب بهينه مسئله برنامه ريزي رياضي را بررسي کردند]19[. کار آنها زير بناي تحقيقات بعدي در برنامه ريزي غيرخطي شد]19[. زوتنديک[15] و روزن[16] در دهه 1960 کارهاي بسيار پر اهميتي را در برنامه ريزي غير خطي انجام دادند]19[. پيشرفتهاي بعدي به روشهاي بهينه سازي، ابعاد گسترده اي داد. اين پيشرفتها به چند زمينه جديد در بهينه سازي انجاميد. توسعه اصلي در زمينه روشهاي عددي بهينه سازي نامقيد، در دهه 1960 صورت گرفت. کارهاي کارول[17]، فياکو[18] و مک کورميک[19] مسئله مشکل را که مي بايست با استفاده از روشهاي شناخته شده نا مقيد حل مي شود بسيار آسان کرد]19[. برنامه ريزي هندسي در دهه 1960 توسط دوفين[20]، زنر[21] و پيترسون[22] براي حل برخي مسائل بهينه سازي بسط داده شد]20[.گاموري[23] ]20[ در زمينه برنامه ريزي با اعداد صحيح پيشگام شد، که يکي از مهمترين و رو به گسترش ترين زمينه ي بهينه سازي است، زيرا بيشترين کاربردهاي دنيای واقعي دراين طبقه از مسائل قرار مي گيرند. دنتزيک، چارنز[24] و کوپر[25] ]20[ روشهاي برنامه ريزي تصادفي را توسعه دادند، و مسائلي را با فرض اينکه پارامترهاي مستقل و داراي توزيع نرمال هستند، حل کردند. تمايل به بهينه سازي با بيش از يک هدف و با قيدها فيزيکي، به توسعه روشهاي برنامه ريزي با چند هدف مي انجاميد.برنامه ريزي آماري روش شناخته شده اي براي حل انواع برخي ازمسائل بهينه سازي با چند تابع هدف است. برنامه ريزي آرماني توسط چارنز و کوپر ]20[ در 1961 بر روي مسائل برنامه ريزي خطي پيشنهاد شد.

7
2- 1    مقدمه ای در طراحی 7
2- 2   فرآیند طراحی 7
2- 3  فرايند طراحي متداول در مقابل  بهينه سازي 8
2- 4  نقش رايانه در بهينه سازي 11
2- 5  تعريف بهينه سازي 11
2- 6  مفاهيم بهينه سازي 11
2- 7  تاريخچه روش هاي بهينه سازي 12
2-8 روش هاي مختلف بهينه سازي 14
     2-8-1- روش هاي محاسباتي 14
     2-8-2- روش هاي شمارشي 15
    2-8-3- روش هاي تصادفي 15

فصل سوم: معادلات حاکم بر جريان درون لوله ها

حرکت سيال در لوله ها يکي از مهمترين مباحث مکانيک سيالات است و در بسياري از موارد، مثل لوله کشي آب و فاضلاب، حرکت روغن در مدارهاي روغن کاري، انتقال نفت و گاز و نظاير آن، مطالعه اين حرکت لازم مي باشد.مقصود از مطالعه حرکت سيالات در لوله ها، شناسايي مشخصات حرکت سيال در قسمتهاي مختلف لوله و نيز محاسبه افت انرژی در لوله است.

جريان آرام[1]

 هنگامي که حرکت سيال به صورت لايه هاي موازي هم انجام گيرد، نوع جريان آرام خوانده مي شود. در چنين حالتي، شکل خطوط جريان، تابع مسيرجريان است. مثلا در مورد جريان از درون يک لوله مستقيم با مقطع يکنواخت، خطوط جريان به شکل خطوط مستقيم و موازي محور لوله هستند. درچنين حالتي، ذرات به هيچ وجه حرکت قهقهرايي ندارند و قسمتهاي مختلف جريان با يکديگر مخلوط نمي شوند.بايد توجه داشت که جريان آرام را نمي توان صد در صد بدون گردش دانست زيرا اگر چه علائم ظاهري موج در آن ديده نمي شود، ولي هر ذره سيال، علاوه بر حرکت انتقالي، حول مرکز خود حرکت دوراني نيز دارد که سرعت زاويه اي آن مقدار مشخصي است]21[.

جريان مغشوش[2]

 در اين جريان، قسمت هاي مختلف جريان با يکديگر مخلوط مي شوند و فشار و سرعت جريان حتي در جريان دائم، در هر نقطه نسبت به زمان متغير است. (در واقع در جريان دائم، سرعت متوسط جريان را مي توان ثابت فرض کرد). در اينجا سرعت يک ذره سيال را در هر لحظه   مي توان به دو مولفه تجزيه کرد، يکي از آنها در امتداد حرکت جريان و در حقيقت نمايشگر سرعت متوسط ذره است و مولفه ديگر، که اندازه متوسط آن صفر است، باعث حرکت سيال در امتداد قائم و در نتيجه مخلوط شدن ذرات آن مي شود]22[.در حالت جريان مغشوش، فقط امتدا تقريبي خطوط جريان از شکل بستر تبعيت مي کند و در حالت کلي، حرکت ذرات سيال نا منظم و مسير آنها به صورت منحني هاي نا مشخص است

16
3- 1 حرکت سيالات تراکم ناپذير در لوله ها 16
3-1-1- انواع رژيم جريان سيال در لوله ها 16
 3-1-1-1- جريان آرام 16
 3-1-1-2- جريان مغشوش 17
3-1-2- جريان آرام در لوله اي استوانه ای 17
محاسبه افت فشار 18
3-1-3- جريان مغشوش در لوله هاي استوانه اي 19
3-1-3-1- منحني توزيع سرعت ها 20
 3-1-3-2- محاسبه افت فشار 22
 3-1-4- جريان مغشوش در لوله هاي صاف 22
 3-1-5- جريان مغشوش در لوله هاي زبر 23
3- 2 حرکت سيالات تراکم پذير در لوله ها 26
 3-2-1- مقدمه 26
 3-2-2- معادلات اساسي در حرکت سيالات تراکم پذير 26
3-2-2-1- رابطه پيوستگي 26
3-2-2-2- معادله حرکت 27
 3-2-2-3- رابطه انرژی 27
3-2-2- جريان تکدما از درون لوله با قطريکنواخت 28

فصل چهارم: رويکرد تئوري ساختاری در طراحي شبکه هاي توزيع سيال

پديده هاي موجود در طبيعت از نظر ساختاري دارای نظم به خصوصي هستند و از طرفي سيستم­هاي جريان طبيعي داراي ساختار بهينه هستند. به عنوان مثال اگر درختان جنگل در طول روز زير نظرگرفته شود متوجه مي شويم در ساعات مختلف که زاويه تابش آفتاب تغيير ميکند با حرکت دادن شاخه هاي خود سعي ميکنند که بيشترين استفاده را از نور خورشيد داشته باشند. همانطور که مي دانيم درختان از شاخه هاي متعددي تشکيل شده و هر يک از شاخه ها نيز از شاخه هاي کوچکتر و آنها نيز از برگهاي زيادي تشکيل شده اند و از طرفي هريک از برگ ها داراي سطح کوچکي هستند که با کنار هم قرار گرفتن هريک از آنها سطوح شاخه هاي بزرگ و بزرگ تر ايجاد مي گردد. نکته حائز اهميت چگونگي قرار گرفتن اين سطوح و نحوه تراکم آنها در مقابل تابش نورآفتاب ميباشد. پس زمانيکه زاويه خورشيد نسبت به سطح افق تغيير ميکند درختان طوري شاخ و برگ هاي خود را تغيير مي دهند که بيشترين استفاده را از نور داشته باشند. تبادل و تعامل درختان با طبيعت علاوه بر نور خورشيد با هواي موجود در محيط اطراف آنها نيز صورت مي پذيرد. در واقع درخت هنگام تنفس توسط روزنه هاي خود سعي ميکند برگ هاي خود بر اساس چيدمان خاصي طوري به حرکت در مي آورد، بهره کافي از اکسيژن موجود در هوا را بعمل آورد. اين نوع قرارگيري اجزا به ساختار درختي معروف است که در بسياري از مسائل علمي مورد استفاده قرار مي گيرد.

30
4- 1 تئوري ساختاري 30
4- 2 سيستم هاي در بردارنده جريان سيال 35
4-2-1- جريان بين دو نقطه 35
  انتخاب بهترين سطح مقطع 35
 4-2-2-  اتصالT شکل و Y شکل 39
 4-2-2-1- جريان تراکم ناپذير با رژيم آرام 40
 4-2-2-2- جريان تراکم ناپذير با رژيم آشفته 44
4 -2-2-3- جريان تراکم پذير با رژيم آرام 46
4 -2-2-4- جريان تراکم پذير با رژيم آشفته 49
4-2-3-   جريان بين يک نقطه و تعدادي زيادي از نقاط 51
4-2-3-1- شبکه درختي براي جريان سيال 51
 4-2-3-2- انواع شبکه درختي 53
 الف) شبکه درختي تک جفتی 53
 الف-1- جريان تراکم ناپذير با رژيم آرام 54
 الف-2- جريان تراکم ناپذير با رژيم آشفته 57
 الف-3- جريان تراکم پذير با رژيم آرام 59
 الف-4- جريان تراکم پذير با رژيم آشفته 61
ب) شبکه درختي دو جفتی 64
ب-1- جريان تراکم ناپذير با رژيم آشفته 64
ب-2- جريان تراکم پذير با رژيم آرام 69
 ب-3- جريان تراکم پذير با رژيم آشفته 70
ج) شبکه درختي سه جفتی 72
 ج-1- جريان تراکم ناپذير با رژيم آشفته 72
ج-2- جريان تراکم پذير با رژيم آرام 76
ج-3- جريان تراکم پذير با رژيم آشفته 78
د)شبکه درختي با جفت دلخواه 80
 4-3 محاسبه افت فشار در حالت کلي 82
 4-3-1- جريان تراکم ناپذير با رژيم آرام 83
4-3-2- جريان تراکم ناپذير با رژيم آشفته 86
 4-3-3- جريان تراکم پذير با رژيم آرام 92
 4-3-4- جريان تراکم پذير با رژيم آشفته 94
 4-4 شبکه درختي با کمترين طول لوله 100
 4-4-1- کمترين طول لوله در صفحه 100
 4-4-2- کمترين طول لوله روي ديسک 101
 4- 5 مقايسه بين درخت بهينه و درخت با طول لوله کمينه(با فرض  جريان تراکم ناپذير آرام) 105
 4- 6 مقايسه بين درخت بهينه و درخت با طول لوله کمينه (با فرض   تراکم ناپذير جريان آشفته) 106

فصل پنجم بهينه سازي شبکه شاخه اي گاز با تئوري ساختاري

در شبکه توزيع گاز معمولا از گاز طبيعي استفاده مي شود. گاز طبيعي در واقع ترکيبي از گازهاي حقيقي[1] متان، اتان، پروپان و … مي باشد. البته مقدار گاز متان به مراتب بيشتر از بقيه گازهاست. رفتار گازهاي حقيقي در فشارهاي نزديک به فشار اتمسفر به مانند گاز ايده آل مي باشد به طوريکه از معادله حالت گاز کامل مي توان با تقريب 3 درصد براي اين گاز ها استفاده کرد. هنگامي فشار گاز حقيقي از فشار اتمسفر بالاتر مي رود  معادله گاز کامل براي آن درست نخواهد بود ( نتايج نشان مي دهد که در اين حالت خطا زياد مي باشد). معمولا براي گاز حقيقي در فشارهاي بالا معادله حالت اصلاح شده[2] به کار مي رود. در اين حالت ضريب تراکم پذيري  (Z)به عنوان يک ضريب تصحيح به معادله حالت گاز کامل اضافه مي شود. بدين ترتيب معادله حالت گاز حقيقي به صورت زير نوشته مي شود[

109
5-1- ويژگي هاي گاز طبيعي 109
5- 2 شبکه توزيع گاز 110
الف) شبکه شاخه اي 110
ب) شبکه حلقوي 110
 ج) شبکه مختلط 110
5- 3 بررسي امکان بکارگيري تئوري ساختاري درسيستم شاخه­اي گاز طبيعي 111
5-3-1- طراحي اتصالات متوالي 115
 5-3-2- طراحي اتصالات موازي 117
5- 4 مدل سازي شبکه و روش حل آن 120
 5-4-1- تابع هدف 120
 5-4-2- قيود 121
 5-4-3- طراحي شبکه شاخه اي توزيع گاز 121
5- 5 طراحي و بهينه سازي يک سيستم نمونه  شاخه اي گاز طبيعي 125

فصل ششم ارائه نتايج و بحث: طراحي چند شبکه گاز رساني به کمک تئوري ساختاري

در اين فصل چند مورد از شبکه هاي توزيع گاز که داراي تعداد مصرف کنندگان متفاوت هستند (همچنين هريک از آنها ممکن است متقاضي مصرف بيشتر نيز باشند) بررسي مي شود. در تمامی اين مسائل قطر به عنوان مجهول در نظر گرفته و هدف پيدا کردن قطرهاي بهينه براي لوله هاي مورد استفاد شده است. همنچنين قيد ها شامل سرعت در لوله ها، فشار در گره ها مي باشد. بدين صورت که سرعت در لوله ها در محدوده 2 تا 20 متر بر ثانيه و فشار در گره ها مي بايست بزرگتر از 314 کيلو پاسکال باشد

132
6-1  مسئله اول 133
6-2  مسئله دوم 143
6-3  مسئله سوم 152

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل هفتم جمع بندي نتايج

در اين پژوهش طراحي و بهينه سازي سيستم هاي شاخه اي توزيع گاز بر اساس تئوري ساختاري انجام گرفت. طراحي شبکه هاي توزيع سيال تراکم ناپذير در ساختارهايي مانند اتصال T- شکل، اتصال Y- شکل و شبکه هاي درختي توسط دکتر آدريان بژان صورت گرفته بود. در قسمتي از اين پژوهش سعي گرديد در همين نوع ساختار ها با فرض سيال تراکم پذير طراحي بر مبناي تئوري ساختاري انجام شود. در همين راستا شبکه شاخه اي متقارن (شبکه درختي) براي جريان تراکم پذير آرام و آشفته مورد مطالعه قرار گرفته شد و با روش تئوري ساختاري افت فشار کل شبکه بهينه گرديد و نسبت طول ها و نسبت قطر لوله ها بهينه تعيين گرديد. بررسي ها نشان داد که نسبت قطر ها و نسبت طول ها در جريان تراکم پذير آرام و آشفته با نسبت چگالي ها رابطه دارد. سپس افت فشار در شبکه هاي درختي با تعداد جفت هاي متفاوت در جريان تراکم پذير آرام و آشفته مورد مقايسه قرار گرفت. نتايج نشان داد که افت فشار در جريان تراکم پذير آشفته کمتر از افت فشار جريان تراکم پذير آرام (هنگامي که شبکه مورد بررسي داراي ويژگي هاي هندسي يکساني در هر دو مورد باشند) مي باشد. شبکه شاخه اي متقارن را هنگامي که فقط طول لوله هاي آن کمينه مي شود را با شبکه شاخه اي متقارن با کليه المان هاي بهينه شده در جريان آشفته تراکم پذير بررسي و تفاوت هاي آنها بيان شد. همانطور که مشاهده گرديد مقادير افت فشار، در شبکه درختي با کليه المان هاي بهينه شده از شبکه درختي که طول لوله هاي آن کمينه شده، کمتر است.

نتيجه مهم اين که در شبکه شاخه اي متقارن با جريان تراکم ناپذير مقادير بهينه بدست آمده فقط به هندسه جريان بستگي دارد در حالي هنگامي که اين شبکه در جريان تراکم پذير بررسی قرار گرفت وابستگي مقادير بهينه بدست آمده براي قطر ها و طول لوله ها علاوه بر هندسه به فيزيک جريان را نيز نشان داد. در ادامه بهينه سازي شبکه شاخه اي گاز در حالت واقعي مورد ارزيابي قرار گرفت. مطالعات نشان دادند هنگام بررسي يک شبکه شاخه اي نا متقارن از روابط بدست آمده براي شبکه درختي نمي توان استفاده کرد. معمولا در طراحي شبکه شاخه اي در حالت واقعي حين محاسبه قطرها، دو وضعيت ممکن روي دهد. اول اينکه در تعيين قطرها در يک مسير، دو لوله به طور متوالي قرار گرفته باشند که نسبت قطر ها را مي توان با رويکرد که تئوري ساختاري در طراحي ارائه مي کند به سادگي محاسبه کرد. حالت بعد زماني رخ مي دهد که از يک لوله چند لوله منشعب گردد در اين مواقع مي توان لوله هاي انشعابي را با لوله هاي موازي مدل کرد و از مقاومت معادل لوله هاي موازي براي محاسبه مقاومت معادل استفاده کرد. نتايج نشان داد که رابطه غير خطي بين قطر لوله هاي موازي و قطر لوله مرکزي بر قرار است که تابع از نسبت چگالي هاي آنها نيز مي باشد. در ادامه شبکه هاي شاخه اي متفاوتي بر اساس روش حاضر، طراحي گرديد. و هزينه نهايي هر شبکه محاسبه گرديد.همانطور که از نتايج به دست آمده مشخص شده است، مي توان از روش تئوري ساختاري به عنوان يک روش مناسب براي بهينه سازي سيستم هاي توزيع شاخه اي استفاده کرد.

 

163
7-1 نتيجه گيري 163
7-2 پيشنهادات 164
منابع و ماخذ 165

ABSTRACT

     Based upon the urbanism structure, natural gas distribution networks in rural and small towns are done mainly with branching patterns. Designers always try to update the gas distribution networks not only based on the least cost, but on the best services provided, as well. Currently, different methods are used in the design and optimization of gas distribution networks. One way to optimize the branching flow networks is an efficient method called “Constructal”. The basic idea of constructal approach has been extracted from natural phenomena; the reason is these phenomena have special constructal order. As a matter of fact, constructal theory is a mental viewing that one sees everywhere in nature (river basins, lungs, atmospheric circulation, etc.). In this research, optimization of branching natural gas distribution network based on constructal design is proposed. To achieve this goal, first the total pressure losses are calculated based on the diameter of pipes and other flow’ parameters between two nodes in network; then this pressure loss has been minimized. The present results show that using constructal theory as a design base method can also optimize the network elements.Thus, the diameter of pipes are minimized and the final system costs are also been reduced.

 

 



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان