دانلود پایان نامه ارشد : طراحی و بهینه سازی سیستم توزیع شاخه ای گازطبیعی بر مبنای تئوری ساختاری

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی مکانیک

گرایش : تبدیل انرژی

عنوان : طراحی و بهینه سازی سیستم توزیع شاخه ای گازطبیعی بر مبنای تئوری ساختاری

دانشکده مهندسی مکانیک     

بخش مهندسی حرارت وسیالات

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی مکانیک (گرایش تبدیل انرژی)

طراحی و بهینه سازی سیستم توزیع شاخه ای گازطبیعی بر مبنای تئوری ساختاری

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)

چکیده

 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 های متفاوتی در طراحی و بهینه سازی شبکه توزیع گاز استفاده می گردد. یکی از راههای بهینه سازی در شبکه های شاخه ای روش کارآمد ساختاری می باشد. ایده اولیه روش ساختاری از پدیده های طبیعی گرفته شده است و این از اینجا ناشی میشود که این پدیده ها دارای نظم ساختاری ویژه ای هستند. در واقع تئوری ساختاری را در هر جایی از طبیعت می توان مشاهده کرد (حوزه رودخانه ها، ریه، گردش جوی و …). در این پژوهش سعی شده است که برای اولین بار تئوری ساختاری را همراه با روش بهینه سازی در شبکه های شاخه ای توزیع گاز به کار گرفته شود. برای تحقق این هدف، ابتدا افت فشار بین دو نقطه از شبکه بر حسب قطر لوله ها و دیگر پارامترهای جریان محاسبه می گردد و سپس مقدار این افت کمینه می شود. نتایج نشان می دهد که با بهره گیری از تئوری ساختاری می توان المان های شبکه را بهینه، قطر لوله ها را کمینه و هزینه نهایی سیستم را نیز کاهش داد.

 ف هرست مطالب

عنوانصفحه
فصل اول: مقدمه و مروری بر تحقیقات پیشین 1
1-1 مقدمه1
1-2 اهداف پایان نامه حاضر3
1-3 مروری بر تحقیقات پیشین3
    1-3-1- طراحی شبکه گاز3
    1-3-2- تئوری ساختاری6
فصل دوم: مفاهیم طراحی و بهینه سازی7
2- 1    مقدمه ای در طراحی7
2- 2   فرآیند طراحی7
2- 3  فرایند طراحی متداول در مقابل  بهینه سازی8
2- 4  نقش رایانه در بهینه سازی11
2- 5  تعریف بهینه سازی11
2- 6  مفاهیم بهینه سازی11
2- 7  تاریخچه روش های بهینه سازی12
2-8 روش های مختلف بهینه سازی14
     2-8-1- روش های محاسباتی14
     2-8-2- روش های شمارشی15
    2-8-3- روش های تصادفی15
فصل سوم: معادلات حاکم بر جریان درون لوله ها16
3- 1 حرکت سیالات تراکم ناپذیر در لوله ها16
     3-1-1- انواع رژیم جریان سیال در لوله ها16
         3-1-1-1- جریان آرام16
عنوانصفحه
       3-1-1-2- جریان مغشوش17
    3-1-2- جریان آرام در لوله ای استوانه ای17
                      محاسبه افت فشار18
    3-1-3- جریان مغشوش در لوله های استوانه ای19
        3-1-3-1- منحنی توزیع سرعت ها20
        3-1-3-2- محاسبه افت فشار22
    3-1-4- جریان مغشوش در لوله های صاف22
    3-1-5- جریان مغشوش در لوله های زبر23
3- 2 حرکت سیالات تراکم پذیر در لوله ها26
     3-2-1- مقدمه26
     3-2-2- معادلات اساسی در حرکت سیالات تراکم پذیر26
         3-2-2-1- رابطه پیوستگی26
         3-2-2-2- معادله حرکت27
         3-2-2-3- رابطه انرژی27
     3-2-2- جریان تکدما از درون لوله با قطریکنواخت28
فصل چهارم: رویکرد تئوری ساختاری در طراحی شبکه های توزیع سیال30
4- 1 تئوری ساختاری30
4- 2 سیستم های در بردارنده جریان سیال35
    4-2-1- جریان بین دو نقطه35
                   انتخاب بهترین سطح مقطع35
    4-2-2-  اتصالT شکل و Y شکل  39
         4-2-2-1- جریان تراکم ناپذیر با رژیم آرام40
          4-2-2-2- جریان تراکم ناپذیر با رژیم آشفته44
          4 -2-2-3- جریان تراکم پذیر با رژیم آرام46
          4 -2-2-4- جریان تراکم پذیر با رژیم آشفته49
    4-2-3-   جریان بین یک نقطه و تعدادی زیادی از نقاط51
        4-2-3-1- شبکه درختی برای جریان سیال51
        4-2-3-2- انواع شبکه درختی53
                       الف) شبکه درختی تک جفتی53
عنوانصفحه
                               الف-1- جریان تراکم ناپذیر با رژیم آرام54
                               الف-2- جریان تراکم ناپذیر با رژیم آشفته57
                                الف-3- جریان تراکم پذیر با رژیم آرام59
                                الف-4- جریان تراکم پذیر با رژیم آشفته61
                      ب) شبکه درختی دو جفتی64
                               ب-1- جریان تراکم ناپذیر با رژیم آشفته64
                               ب-2- جریان تراکم پذیر با رژیم آرام69
                               ب-3- جریان تراکم پذیر با رژیم آشفته70
                      ج) شبکه درختی سه جفتی72
                               ج-1- جریان تراکم ناپذیر با رژیم آشفته72
                               ج-2- جریان تراکم پذیر با رژیم آرام76
                               ج-3- جریان تراکم پذیر با رژیم آشفته78
                     د)شبکه درختی با جفت دلخواه80
       4-3 محاسبه افت فشار در حالت کلی82
                   4-3-1- جریان تراکم ناپذیر با رژیم آرام83
                   4-3-2- جریان تراکم ناپذیر با رژیم آشفته86
                   4-3-3- جریان تراکم پذیر با رژیم آرام92
                    4-3-4- جریان تراکم پذیر با رژیم آشفته94
         4-4 شبکه درختی با کمترین طول لوله100
             4-4-1- کمترین طول لوله در صفحه100
             4-4-2- کمترین طول لوله روی دیسک101
         4- 5 مقایسه بین درخت بهینه و درخت با طول لوله کمینه(با فرض  جریان تراکم ناپذیر آرام)105
          4- 6 مقایسه بین درخت بهینه و درخت با طول لوله کمینه (با فرض   تراکم ناپذیر جریان آشفته)106
فصل پنجم بهینه سازی شبکه شاخه ای گاز با تئوری ساختاری109
5-1- ویژگی های گاز طبیعی109
 
عنوانصفحه
5- 2 شبکه توزیع گاز110
         الف) شبکه شاخه ای110
         ب) شبکه حلقوی110
          ج) شبکه مختلط110
5- 3 بررسی امکان بکارگیری تئوری ساختاری درسیستم شاخه­ای گاز طبیعی111
        5-3-1- طراحی اتصالات متوالی115
        5-3-2- طراحی اتصالات موازی117
5- 4 مدل سازی شبکه و روش حل آن120
    5-4-1- تابع هدف120
    5-4-2- قیود121
    5-4-3- طراحی شبکه شاخه ای توزیع گاز121
5- 5 طراحی و بهینه سازی یک سیستم نمونه  شاخه ای گاز طبیعی125
فصل ششم ارائه نتایج و بحث: طراحی چند شبکه گاز رسانی به کمک تئوری ساختاری 132
6-1 مسئله اول133
6-2 مسئله دوم143
6-3 مسئله سوم152
فصل هفتم جمع بندی نتایج163
7-1 نتیجه گیری163
7-2 پیشنهادات164
منابع و ماخذ165

فصل اول – مقدمه وتحقیقات پیشی

  • مقدمه

انسان همواره در جهان اطراف خود به دنبال یافته های جدیدی است. اما در این میان آنچه اهمیت دارد نگاه عالمانه به جهان می باشد که بتوان با بهره گیری از آن نگاه، پدیده های مختلف را مورد موشکافی قرار داده و به ایده ها ی جدیدی دست یافت که راهگشای گوشه ای از مشکلات زندگی بشر امروز باشد. خداوند متعال در آفرینش جهان نظم و قانون خاصی حکمفرما کرده است، این مساله میتواند توجه انسان را در کشف رمز و راز این قوانین برانگیزد. به عنوان مثال چرا درختان در هنگام تابش آفتاب طوری شاخه های خود را به حرکت در می آورند که در ساعات مختلف روز استفاده کافی از نور را داشته باشند و یا اینکه چگونه هنگام بارش باران، آب باران کوتاه ترین مسیر را برای رسیدن به رودخانه ها طی میکند. البته این نگاه انسان فقط به پدیده های جهان اطراف ختم نمی شود، مثلا ساز و کار اندام های موجود در بدن انسان، آشنایی بیشتر با آنها می تواند سوال های جدیدی را در ذهن انسان ایجاد کند. به عنوان مثال چرا بافت های شش انسان منبسط و منقبض می گردند و … تنها پاسخ گویی به این نوع سوالات راهگشای مشکلات نخواهد بود بلکه دستیابی به ایده های جدید و پیاده سازی آن بطور عملی در علم روز باید هدف قرار گیرد.

   نظم حاکم در جهان هستی و پدیده های موجود در طبیعت همواره دست مایه محققین در آفرینش ایده های  جدید بوده است. یکی از این ایده های جدید که به صورت یک تئوری بیان شده، تئوری ساختاری است. همانطور که از نام این تئوری مشخص می شود از نظم ساختاری موجود در پدیده های طبیعی الهام گرفته شده است.

تئوری ساختاری در واقع یک پیش­زمینه ایست که در طراحی ساختار جریان بکار می رود. پایه و اساس آن می تواند یک اصل فیزیکی برگرفته از طبیعت باشد، این از آنجا ناشی می گردد که سیستم­های جریان طبیعی دارای ساختار بهینه هستند. در نتیجه ایده دستیابی به ساختار بهینه را محققین از پدیده های طبیعی گرفته اند]1[.

  از طرفی پروژه ها نمایانگر توسعه پایدار در هر کشور می باشد. یکی از پروژهایی که در هر کشور بخصوص کشورهای نفت خیز در حال توسعه اهمیت بسیار زیادی دارد، انتقال و توزیع نفت و گاز از طریق خطوط لوله می باشد. اقتصاد این کشورها به شدت بستگی به عملیات روان و بدون نقص این خطوط دارد و همچنین امروزه با توجه نیاز جامعه، افزایش رو به رشد جمعیت و محدودیت در منابع، استفاده از روش های نوین برای بهینه سازی سیستم های انتقال و توزیع این منابع (نفت وگاز) از اهمیت زیاد و قابل توجهی برخوردار است.

البته ممکن است که با بکارگیری تکنیک های پیشرفته، پروسه های طراحی و بهینه سازی پیچیده تر گردد. اما با بکارگیری همزمان ریاضیات و استفاده از رایانه به عنوان ابزاری در حل بسیار دقیق، میتوان این مشکل را حل کرد.

در این پایان نامه طراحی و بهینه سازی شبکه های توزیع گاز شهری و روستایی مورد مطالعه قرار گرفته است. که ابتدا به معرفی این نوع سیستم های توزیع گاز پرداخته شده و در ادامه طراحی و بهینه سازی آن مورد بررسی قرارگرفته شده است.

 یک شبکه توزیع گاز دارای چند خط اصلی[1] است که گاز را از ایستگاه تقلیل فشار وارد شهر کرده و به دست مصرف کنندگان می رساند]2[.

اصولا در طراحی شبکه توزیع گاز سرعت، فشار و شدت جریان گاز و قطر لوله ها از پارامترهای موثر در طراحی هستند که بر روی یکدیگر تاثیر متقابل دارند. عموما جریان در شبکه توزیع گاز در حالت دائمی فرض می شود.

با توجه به متغیرهای فراوانی که در شبکه توزیع گاز وجود دارد با استفاده از رایانه و بهره گیری از یک روش بهینه سازی مناسب می توان هزینه نهایی سیستم را کمینه کرد.

  در واقع هدف از این تحقیق کاهش هزینه ها نهایی برای شبکه شاخه ای توزیع گاز می باشد. بدین منظور از روش تئوری ساختاری به عنوان یک روش نوین در طراحی سیستم شاخه ای توزیع گاز طبیعی و بهینه سازی آن استفاده می گردد.

درادامه این فصل مروری بر تحقیقات پیشین صورت می پذیرد.

در فصل دوم مفاهیم کلی طراحی و بهینه سازی بیان گردیده و همچنین مقایسه ای بین طراحی همراه با فرآیند بهینه سازی با طراحی متداول[2] انجام گرفته است. تاریخچه بهینه سازی، روش های مختلف بهینه سازی[3] و الگوی بهینه سازی استاندارد از جمله مواردی است که در ادامه این فصل شرح داده می شود.

معادلات حاکم بر جریان های تراکم پذیر و تراکم ناپذیر با رژیم های آرام و آشفته درون لوله های صاف و لوله های زبر در فصل سوم این پایان نامه ارائه می گردد.

در فصل چهارم روش طراحی با تئوری ساختاری و چگونگی استفاده از آن برای طراحی و بهینه سازی سیستم های مختلف توزیع سیال شرح داده شده است.

امکان بکارگیری تئوری ساختاری برای شبکه شاخه ای گاز در فصل پنجم مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در این فصل روش طراحی و بهینه سازی در قالب یک الگوریتم بر مبنای سعی وخطا بیان شده است. درانتهای فصل پنجم یک ساختار ساده شاخه ای گاز به عنوان نمونه انتخاب و بر اساس روش حل پیشنهادی طراحی می گردد تا کارایی تئوری ساختاری در بهینه سازی شبکه شاخه ای گاز مورد ارزیابی قرار گیرد.

در فصل ششم روش بهینه سازی شبکه شاخه ای گاز  بر مبنای تئوری ساختاری  برای چهار مسئله مختلف (از نظر تعداد مصرف کننده) بکار گرفته شده و برای هر مسئله مسیرهای بحرانی از نظر هزینه مشخص گردیده است و همچنین هزینه نهایی کل در هر شبکه با طراحی های مشابه قبلی مورد مقایسه قرار گرفته است.

در فصل هفتم نتایج به دست آمده در این پژوهش ارائه و همچنین پیشنهاداتی برای بکارگیری تئوری ساختاری در زمینه های دیگر گردیده است.

1-2- اهداف پایان نامه حاضر

اهداف این پایان­نامه را می توان بصورت زیر بیان نمود:

  1. بررسی امکان بکارگیری تئوری ساختاری درسیستم شاخه­ای گاز طبیعی
  2. طراحی یک سیستم تیپ [4]شاخه ای گاز طبیعی
  3. بهینه سازی سیستم شاخه ای گاز با تئوری ساختاری
  • مطالعات پیشین

این بخش را به دو قسمت مجزا طراحی شبکه گاز و تئوری ساختاری تقسیم کرده و مطالعات قبلی صورت گرفته در هر دو بخش به ترتیب مورد بررسی قرار می گیرد.

1-3-1- طراحی شبکه گاز

اخیرا بیشترین توجه در شبکه های توزیع جریان روی دستیابی به الگوریتم های کارآمدی برای آنالیز جریان متمرکز است و هم اکنون تعداد زیادی برنامه رایانه ای قابل استفاده و موثری برای شبیه سازی وجود دارد و طرحهای بهینه ای را پیشنهادی می کند. به عنوان مثال برنامه سیم نت[5] ]3[ بطور گسترده در لهستان[6] برای آنالیز و شبیه سازی سیستم های توزیع گاز استفاده                می گردد.

  البته هم اکنون مطالعات محدودی در راستای گسترش روش هایی با هدف بهینه کردن طراحی شبکه لوله در جهان صورت می پذیرد که اغلب این تحقیقات موجب دستیابی به برنامه های رایانه ای قابل دسترسی که عمدتا استفاده تجاری دارند، شده اند که این برنامه ها مهندسین را در طراحی و بهینه سازی شبکه توزیع بسیار کمک می کنند.

روش هایی که در حال حاضر در طراحی شبکه توزیع گاز استفاده می شود و بر اساس پروسه انتخاب قطر لوله ها به سه دسته زیر تقسیم می گردد]3[:

  • روش های ذهنی[7] (ابتکاری).
  • روش هایی که در آن فرض می شود گستره پیوسته[8] ای از قطر لوله ها در دسترس است.
  • روشهای بهینه سازی گسسته[9].

تعداد صفحه : 194

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

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.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید