1-2- اهداف پایاننامه حاضر
اهداف این پایاننامه را می توان بصورت زیر بیان نمود:
بررسی امکان بکارگیری تئوری ساختاری درسیستم شاخهای گاز طبیعی
طراحی یک سیستم تیپ 4شاخه ای گاز طبیعی
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 نت5 ]3[ بطور گسترده در لهستان6 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 ذهنی7 (ابتکاری).
روش هایی که در آن فرض می شود گستره پیوسته8 ای از قطر لوله ها در دسترس است.
روشهای بهینه سازی گسسته9.
الف- روش های ذهنی: روش هایی هستند که شامل پروسه طراحی خاصی نمی شوند و الگوریتم ویژه ای ندارند.
این روش ها تا مدتی طراحی های خوبی را از نظر اقتصادی موجب شدند و از این حیث مورد استقبال قرار گرفتند. اما از آنجا که روش بهینه سازی روشنی نداشتند و هیچ تضمینی وجود نداشت که شبکه طراحی شده کاملا بهینه باشد، در نتیجه خیلی به کار گرفته نشدند. مثلا در طراحی شبکه درختی توزیع سیال، تعداد بسیار زیادی از طراحی های ممکن است وجود داشته باشد که شامل گستره جواب های قابل قبول10 باشد و با بکارگیری این روش شانس رسیدن به بهینه ترین جواب بسیار اندک است. از جمله این روش ها می توان به روش پایلوت11 ]4[ و همچنین روش اف پی6 12 ]5[ که از روش هاردی کراس13 برای بالانس جریان شبکه استفاده می کند نام برد که اغلب این روش ها در طراحی شبکه گاز دارای مدار بسته14 استفاده می گردند.

روش های پیوسته15 : در این روش برای طراحی شبکه فرض بر این است که درانتخاب طیف پیوسته از قطرها وجود دارد و هر اندازه ای از قطرها را می توان انتخاب کرد .
ازجمله این روش ها میتوان به روش اس یو ام تی16 اشاره کرد که توسط جی بوین17 ]6[ طرح گردیده نام برد اغلب این روش ها نیز در طراحی شبکه گاز دارای مدار بسته استفاده می گردد.
روش های گسسته18 : در این روش برای طراحی شبکه فرض بر این است که طیف گسسته ای از قطر موجود است و هر اندازه ای از قطرها را نمی توان انتخاب کرد .
روت فرب19 و همکارانش ]7[ روش موثر و ساده ای برای پیدا کردن اقتصادی ترین طراحی وقتی شبکه شاخه ای گاز مورد بحث است پیشنهاد می کند. این روش بر این اساس است که زمانیکه قطر لوله ای انتخاب می گردد به دنبال آن افت فشار و قیمت هرلوله نیز محاسبه می گردد. با توجه به اینکه در شبکه شاخه ای یا لوله ها دارای اتصال سری یا اتصال وی شکل20 هستند. اگر دو لوله با اتصال سری به هم وصل شوند با انتخاب قطر از لیست قطر های موجود سعی میشود که افت فشار کل و متعاقبا هزینه کمینه گردد. در صورتی که این قطرها افت فشار بیشتری را حاصل کنند با قطرهای دیگری جایگزین می شوند این فرآیند تا رسیدن به بهینه ترین جواب ادامه می یابد. حال اگر لوله ها دارای اتصال “وی” شکل بودند دراین صورت افت فشار لوله ها بطور جداگانه محاسبه می گردد و قطر های موجود برای هر یک از لوله ها بطور مستقل جایگزین می شود تا افت فشار در لوله ها کمینه گردد و کمترین هزینه ممکن بدست آید.
بئل21 ]8[ نیز یک روش بهینه سازی را پیشنهاد می کند که مشکل قیود غیر خطی را با تقریب خطی گسسته حل می کند.
روش پیشنهادی توسط آندرزج22 و گئورکی23 ]9[، مدل سازی کلی شبکه گاز است که بتوان رابطه کلی بین قیمت تمام شده قطر لوله ها و پارامترهای شبکه پیدا کرد.
در واقع میتوان اینطور نتیجه گرفت که در اغلب روش های مورد مطالعه در طراحی شبکه توزیع گاز، قطر لوله ها به عنوان یک پارامتر اساسی در نظر گرفته می شود و یکی از سه روش بالا با توجه به روش بهینه سازی موجود و شرایط مسئله در انتخاب قطرها مورد استفاده قرار می گیرد. سپس افت فشار به عنوان تابع هدف بر اساس قطر لوله ها و دیگر پارامترها شبکه بیان گردیده و با بهره گیری از یک روش بهینه سازی کمینه می شود.
تئوری ساختاری
تئوری ساختاری اولین بار توسط دکتر آدریان بژان برای خنک کاری قطعات الکترونیکی مورداستفاده قرارگرفت و این نقطه شروعی برای بکارگیری این تئوری در بسیاری از زمینه های مهندسی گردید. از اهمیت این تئوری همین بس که حتی در پدیده های اجتماعی و اقتصادی نیز بکار برده شده است. دراین بخش به گوشه ای از مطالعات انجام شده بر مبنای تئوری ساختاری اشاره شده است.
لطف الله قدوسی24 [10] بر روی افزایش کارآیی با تئوری ساختاری در زمینه سیستمهای الکترونیکی، مسائل اقتصادی و سیستم های جریان بحث کردهاست. درواقع اینکه با افزایش پیچیدگی جریان آیا تئوری ساختاری کارآیی سیستم را افزایش می دهد؟ نتیجه تحقیقات ایشان نشان میدهدکه اولا طراحیهای ساختاری ضرورتا کارآیی سیستم را بالا نمیبرد اگر پیچیدگی ساختار جریان افزایش پیدا کند، ثانیا بازدهی بهتر برای سیستم متاثر از عوامل دیگری نیز هست.
و همچنین لورنته25 و بژان26 [11] بر روی طراحی سیستمهای انرژی برای تولید ساختار جریان براساس تئوری ساختاری کار کردند که هدف در این مقاله رسیدن به حداکثر کارآیی با ایجاد تعادل و چیدمان مناسب درساختار جریان بود.
لو27 و همکارانش [12] یک دیدکلی ازنظریه ساختاری دادند و نمونههایی از ساختارهای دو شاخهای28 مانند مبدلهای حرارتی29 و … را بررسی کردند.
بژان و همکارانش [13] بهینه سازی اقتصادی سیستمهای جریان طبیعی30 را مورد بررسی قرار دادند.
ریسو اررا31 [14] در پایاننامه خود، برروی بهینه سازی هندسی در سیستم های جریان با بازگشت ناپذیری کار کرد.
لورنته و بژان [15] حل تحلیلی و فرمولبندی گرافیکی قانون ساختاری در بیشینه کردن دسترسی به جریان درسیستمهای حرارتی و سیالاتی ، مورد مطالعه قرار دادند.
فصل دوم. مفاهیم طراحی و بهینه سازی
مقدمه ای بر طراحی
مهندسی، به یک تعبیر 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 توسعه 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. بدین ترتیب 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 طراحی نمود. در سال های اخیر، روش های عددی بهینه سازی به میزان زیادی توسعه و بهبود یافته اند.

فرآیند طراحی
فرآیند طراحی سیستم ها به مجموعه 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[.
فرآیند طراحی باید کاملاً حساب شده و منظم باشد. یک الگوی تکامل سیستم در شکل 2-1 نشان داده شده است.
شکل(2-1): یک الگوی تکامل سیستم]17[.

الگویی که در بالا نشان داده شده یک نمودار جعبه ای ساده برای تکامل سیستم است. در عمل شاید نیاز باشد تا هر جعبه به جعبه های کوچکتر متعددی شکسته شود تا مطالعه مناسب انجام گرفته و به یک نتیجه معقول برسد. نکته مهم این است که مفاهیم بهینه سازی و روش های آن می توانند در هر مرحله فرآیند کمک کنند. استفاده از این روش ها به همراه نرم افزار می تواند در مطالعه حالات مختلف طراحی در زمان کوتاه بسیار مفید باشد]16[.
فرآیند طراحی متداول در مقابل بهینه سازی
طراحی مؤثر و کم هزینه سیستم ها بدون از بین بردن صحت و درستی عملکرد آنها مورد نظر مهندسان است. فرآیند طراحی متداول بستگی به دید فنی و تجربه و مهارت طراح دارد. این حضور پررنگ عنصر بشری گاه می تواند در ترکیب سیستم های پیچیده به نتایج نادرستی منتهی شود. شکل 2-2 نمودار جریانی برای فرآیند طراحی متداول را نمایش می دهد که استفاده از اطلاعات جمع آوری شده از یک یا چند طراحی آزمایشی و تجربه و مهارت فنی طراح را شامل می شود]16[.
شکل(2-2): فرآیند طراحی متداول]17.[
تنگناها و نیاز برای بازده بیشتر در دنیای پر رقابت امروز، مهندسان را مجبور می کند تا به طراحی بهتر و اقتصادی تر علاقه نشان دهند. با پیشرفت های اخیر در فن آوری رایانه که بر گرایش های مختلف مهندسی تأثیر گذاشته است، فرآیند طراحی به سختی می تواند دست نخورده باقی بماند. شکل 2-3 فرآیند بهینه سازی را نشان می دهد.

شکل(2-3): فرآیند بهینه سازی]17[.
تفاوت میان دو روش بیان شده به این معنی است که فرآیند طراحی متداول رسمیت کمتری دارد. تابع هدف که معیار عملکرد سیستم است مشخص نمی شود. اطلاعاتی که تصمیمات طراحی برای بهبود سیستم را می سازد محاسبه نمی گردد. بیشتر تصمیمات بر اساس قوه ابتکار و تجربه طراح گرفته می شود. به عکس، فرآیند بهینه سازی بسیار منظم است و از اطلاعات برای تصمیم گیری استفاده می کند. با این وجود، فرآیند بهینه سازی می تواند به مقدار قابل توجهی از تجربه و قوه ابتکار طراح بهره مند شود]16[.

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

نقش رایانه در بهینه سازی
سیستم های مهندسی می توانند توسط رایانه ها بسیار دقیق تر تحلیل شوند. رایانه به ما کمک می کند که عملکرد سیستم ها را روشن تر درک کنیم و بدین وسیله دقیق تر و مؤثر تر طراحی کنیم. فرآیند طراحی متداول و یا بهینه سازی مرحله به مرحله و تکراری است و مکرراً از مجموعه محاسبات مشابه استفاده می کند که این نوع محاسبات تکراری برای رایانه ای کردن بسیار مناسب است. بنابراین رایانه ها نقش مهمی در فرآیند طراحی بازی می کنند. آنها در هر مرحله فرآیند طراحی را آسان می کنند]17[.
تعریف بهینه سازی
دستیابی به بهترین نتیجه در شرایط داده شده را بهینه سازی می گویند. بهینه سازی را می توان به عنوان فرایند یافتن شرایطی که مقدار بهینه یک تابع را بدست می دهد تعریف کرد. برای حل مسائل بهینه سازی، روش یگانه ای وجود ندارد.
مفاهیم بهینه سازی
هدف از بهینه سازی یافتن طرح قابل قبول، با توجه به محدودیتها و نیازهای مسئله است. برای یک مسئله ممکن است طرح های مختلفی وجود داشته باشد که برای مقایسه آنها و انتخاب طرح بهینه، تابعی به نام تابع هدف تعریف می گردد. انتخاب این تابع به طبیعت مسئله بر می گردد. گاهی در بهینه سازی چند تابع هدف بطور همزمان مدنظر قرار می گیرند. این گونه مسائل بهینه سازی که در بر گیرنده چند تابع هدف هستند را مسائل چند هدفی می نامند. ساده ترین راه در برخورد با اینگونه مسائل تشکیل یک تابع هدف جدید به صورت ترکیب خطی توابع هدف اصلی می باشد که در این ترکیب میزان اثر گذاری هر تابع با وزن اختصاص یافته به آن، مشخص می شود]17 [.
هر مسئله بهینه سازی دارای تعدادی متغیر مستقل که آنها را متغیرهای طراحی نامیده و با بردار n بعدی X (بردار طراحی) نشان داده می شود. هدف از بهینه سازی تعیین مقادیر اختصاصی به متغیرهای طراحی است به گونه ای که تابع هدف کمینه یا بیشینه می گردد. مسائل مختلف بهینه سازی به دو دسته تقسیم می گردد:
الف) مسائل بهینه سازی بدون قید32: در این مسائل هدف بیشینه یا کمینه کردن تابع هدف بدون هیچ گونه قیدی بر روی متغیرهای طراحی می باشد]17[.

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید