وبلاگ

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 بهره گرفتن 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 فرایند 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 پایان نامه را می توان بصورت زیر بیان نمود:

1. بررسی امکان بکارگیری تئوری ساختاری درسیستم شاخه­ای گاز طبیعی

1. طراحی یک سیستم تیپ [4]شاخه ای گاز طبیعی

1. 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.

• روش های بهینه سازی گسسته[9].