دانلود پایان نامه ارشد : طراحی و بهينه سازي سیستم توزیع شاخه اي گازطبیعي بر مبناي تئوري ساختاري

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی مکانیک

گرایش : تبديل انرژی

عنوان : طراحی و بهينه سازي سیستم توزیع شاخه اي گازطبیعي بر مبناي تئوري ساختاري

دانشکده مهندسی مکانیک     

بخش مهندسي حرارت وسيالات

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسي مکانيک (گرایش تبديل انرژی)

طراحی و بهينه سازي سیستم توزیع شاخه اي گازطبیعي بر مبناي تئوري ساختاري

اساتید راهنما:

دکتر ابراهیم گشتاسبی­راد

دکتر خسرو جعفرپو

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکيده

 توزیع گاز طبیعی در شبکه های روستایی و شهرهای کوچک به دلیل ساختار شهرسازی عمدتا به صورت شاخه ای صورت می پذیرد. همواره طراحان شبکه های توزیع گاز رسانی سعی بر این داشته اند طرح آنها با صرف کمترین هزینه بهترین خدمات رسانی را داشته باشد. در حال حاضر از روش هاي متفاوتي در طراحي و بهينه سازي شبکه توزيع گاز استفاده مي گردد. یکی از راههای بهینه سازی در شبکه های شاخه ای روش کارآمد ساختاری می باشد. ايده اوليه روش ساختاري از پديده هاي طبيعي گرفته شده است و اين از اينجا ناشي ميشود که اين پديده ها داراي نظم ساختاري ويژه اي هستند. در واقع تئوري ساختاري را در هر جايي از طبيعت مي توان مشاهده کرد (حوزه رودخانه ها، ريه، گردش جوي و …). در این پژوهش سعی شده است که برای اولین بار تئوري ساختاري را همراه با روش بهينه سازي در شبکه های شاخه ای توزیع گاز به کار گرفته شود. براي تحقق اين هدف، ابتدا افت فشار بين دو نقطه از شبکه بر حسب قطر لوله ها و ديگر پارامترهاي جريان محاسبه مي گردد و سپس مقدار اين افت کمينه مي شود. نتايج نشان مي دهد که با بهره گيري از تئوري ساختاري مي توان المان هاي شبکه را بهينه، قطر لوله ها را کمينه و هزينه نهايي سيستم را نيز کاهش داد.

 ف هرست مطالب

عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و مروري بر تحقيقات پيشين 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
فصل دوم: مفاهيم طراحي و بهينه سازي 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 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
عنوان صفحه
       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 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
عنوان صفحه
                               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 109
5-1- ويژگي هاي گاز طبيعي 109
 
عنوان صفحه
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 132
6-1 مسئله اول 133
6-2 مسئله دوم 143
6-3 مسئله سوم 152
فصل هفتم جمع بندي نتايج 163
7-1 نتيجه گيري 163
7-2 پيشنهادات 164
منابع و ماخذ 165

فصل اول – مقدمه وتحقيقات پيشي

  • مقدمه

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.

1-2- اهداف پایان نامه حاضر

اهداف اين پايان­نامه را مي توان بصورت زير بيان نمود:

  1. بررسي امکان بکارگيري تئوري ساختاري درسيستم شاخه­اي گاز طبيعي
  2. طراحي يک سيستم تيپ [4]شاخه اي گاز طبیعی
  3. بهينه سازي سيستم شاخه اي گاز با تئوري ساختاري
  • مطالعات پیشین

این بخش را به دو قسمت مجزا طراحي شبکه گاز و تئوري ساختاري تقسیم کرده و مطالعات قبلي صورت گرفته در هر دو بخش به ترتيب مورد بررسي قرار مي گيرد.

1-3-1- طراحي شبکه گاز

اخيرا بيشترين توجه در شبکه هاي توزيع جريان روي دستيابي به الگوريتم هاي کارآمدي براي آناليز جريان متمرکز است و هم اکنون تعداد زيادي برنامه رايانه اي قابل استفاده و موثري براي شبيه سازي وجود دارد و طرحهاي بهينه اي را پيشنهادي مي کند. به عنوان مثال برنامه سيم نت[5] ]3[ بطور گسترده در لهستان[6] براي آناليز و شبيه سازي سيستم هاي توزيع گاز استفاده                مي گردد.

  البته هم اکنون مطالعات محدودی در راستاي گسترش روش هايي با هدف بهينه کردن طراحي شبکه لوله در جهان صورت مي پذيرد که اغلب اين تحقيقات موجب دستيابي به برنامه هاي رايانه اي قابل دسترسي که عمدتا استفاده تجاري دارند، شده اند که اين برنامه ها مهندسين را در طراحي و بهينه سازي شبکه توزيع بسيار کمک مي کنند.

روش هايي که در حال حاضر در طراحی شبکه توزيع گاز استفاده مي شود و بر اساس پروسه انتخاب قطر لوله ها به سه دسته زير تقسيم مي گردد]3[:

  • روش هاي ذهني[7] (ابتکاري).
  • روش هایي که در آن فرض مي شود گستره پيوسته[8] اي از قطر لوله ها در دسترس است.
  • روشهاي بهينه سازي گسسته[9].

تعداد صفحه : 194

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --