Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНЫХ ДИАМЕТРОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СЕТИ С ПОМОЩЬЮ КОНВЕКТИВНО-ДИФФУЗИОННОГО МЕТОДА УСЛОВНОЙ МИНИМИЗАЦИИ

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-2-62-67

Полный текст:

Аннотация

В статье расчет оптимальных диаметров трубопровода основан на решении задачи условной минимизации с помощью производных. Гидравлическая сеть, состоящая из нескольких взаимосвязанных участков трубопровода, предназначается для подачи жидкости или газа различным потребителям оптимальным образом. В общем случае оптимизация должна выполняться по нескольким критериям. Так, например, при транспортировании в трубопроводе опасных сред наряду со стоимостью гидравлической сети необходимо учитывать и фактор опасности.

Многокритериальную оптимизацию можно свести к решению задачи условной минимизации некоторого критерия, который зависит от диаметров участков трубопровода. В статье в качестве такого критерия принимается суммарный объем трубопровода. Но непосредственная оптимизация по диаметрам участков трубопровода со сложной топологией в виде замкнутой гидравлической сети требует выполнения многократных итерационных гидравлических расчетов. Применение специализированных программ и алгоритмов, предназначенных для получения конечных выходных параметров, практически не позволяет выполнять оптимизацию методами выше нулевого порядка. Тем не менее для получения более точных результатов для решения задачи оптимизации по нескольким критериям представляется предпочтительным применение детерминированных методов первого порядка.

В статье для оптимизации используется концепция условной минимизации критерия, который рассчитывается декомпозиционным методом. Система трубопроводов разбивается на отдельные участки, гидравлический расчет которых не представляет особого труда. Независимыми переменными являются напоры в узлах и диаметры участков, а ограничивающими условиями – уравнения материального баланса в узлах. При известных значениях напоров и диаметров легко рассчитываются расходы потоков в участках. Упрощенный гидравлический расчет позволяет решать задачу оптимизации с помощью производных. Задача многомерной условной оптимизации решается разработанным детерминированным методом, в котором моделируется конвективно-диффузионное перемещение частиц с помощью дифференциальных уравнений. Результаты численных экспериментов подтверждают применимость предлагаемого подхода.

Об авторах

Вячеслав Васильевич Федоров
ОАО «Тольяттиазот», Тольятти
Россия

начальник сектора конструкторского бюро



Сергей Васильевич Афанасьев
Тольяттинский государственный университет, Тольятти
Россия

доктор технических наук, кандидат химических наук, профессор кафедры «Рациональное природопользование и ресурсосбережение»



Список литературы

1. Simpson A.R., Elhay S. The Jacobian for solving water distribution system equations with the Darcy-Weisbach head loss model // Journal of Hydraulic Engineering, American Society of Civil Engineers. 2011. Vol. 137. № 6. P. 696–700.

2. Белова О.В., Волков В.Ю., Скибин А.П. Метод контрольного объема для расчета гидравлических сетей // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 5. С. 46. DOI: 10.18698/2308-6033-2013-5-764.

3. Исаенко С.А., Медведева В.Н., Щербашин Ю.Д. Оптимизация расчета гидравлических сетей с висящими узлами // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2010. Т. 2. № 4. С. 20–27.

4. Quinioua M.Le, Mandelb P., Moniera L. Optimization of drinking water and sewer hydraulic management:coupling of a genetic algorithm and two network hydraulic tools // Procedia Engineering. 2014. Vol. 89. P. 710–718.

5. Abebe A.J., Solomatine D.P. Application of global optimization to the design of pipe networks // Proc. 3rd International Conference on Hydroinformatics, Copenhagen, Denmark. Balkema, 1998. P. 989–996.

6. Savic D.A., Walters G.A. Genetic algorithm for least-cost design of water distribution networks // Journal of Water Resources Planning and Management. 1997. Vol. 123. № 2. P. 67–77.

7. Morley M.S., Atkinson R.M., Savic D.A., Walters G.A. GAnet: Genetic algorithm platform for pipe network optimization // Advances in Engineering Software. 2001. Vol. 32. № 6. P. 467–475.

8. Simpson A.R. Optimization of design of water distribution systems using genetic algorithms // Slovenian Society of Hydraulic Research, Seminar Series. 2000. Vol. 1. P. 10.

9. Dandy G.C., Simpson A.R., Murphy L.J. An improved genetic algorithm for pipe network optimization // Water Resources Research. 1996. Vol. 32. № 2. P. 449–458.

10. Montesinos P., Garcia-Guzman A., Ayuso J.L. Water distribution network optimization using a modified genetic algorithm // Water Resources Research. 1999. Vol. 35. № 11. P. 3467–3473.

11. Keedwell E., Khu S.T. A hybrid genetic algorithm for the design of water distribution networks // Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2005. Vol. 18. № 4. P. 461–472.

12. Cunha M.C., Sousa J. Water distribution network design optimization: Simulated annealing approach // Journal of Water Resources Planning and Management. 1999. Vol. 125. № 4. P. 215–221.

13. Shrivastava M., Prasad V., Khare R. Effect of inertia weight functions of PSO in optimization of water distribution network // International journal of advanced research in engineering and technology. 2015. Vol. 6. № 5. P. 43–51.

14. Simpson A.R., Maier H.R., Foong W.K., Phang K.Y., Seah H.Y., Tan C.L. Selection of parameters for ant colony optimization applied to the optimal design of water distribution systems // International congress on modeling and simulation. Australia, 2001. P. 1931–1936.

15. Loganathan G.V., Greene J.J., Ahn T.J. Design Heuristic for Globally Minimum Cost Water-Distribution Systems // Journal of Water Resources Planning and Management. 1995. Vol. 121. № 2. P. 182–192.

16. Федоров В.В., Афанасьев С.В. Параметрическая оптимизация химико-технологической системы с помощью конвективно-диффузионного метода условной минимизации // Вестник Казанского технологического университета. 2016. Т. 19. № 17. С. 151–153.

17. Федоров В.В. Новый конвективно-диффузионный метод глобальной минимизации для решения обратных задач химической кинетики // Наука и образование. 2013. № 4. С. 75–90. DOI: 10.7463/0413.0569246.

18. Федоров В.В. Минимизация с ограничениями в виде равенств с помощью уравнений конвективной диффузии // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2014. № 2. С. 21–25.

19. Alperovits E., Shamir U. Design of optimal water distribution systems // Water Resources Research. 1977. Vol. 13. № 6. P. 885–900.

20. Briti Sundar Sil, Preetam Banerjee, Ajeet Kumar, P. Jarken Bui, Pallavi Saikia. Use of excel-solver as an optimization tool in design of pipe network // International journal of hydraulic engineering. 2013. Vol. 4. № 2. P. 59–63. DOI: 10.5923/j.ijhe.20130204.01.


Рецензия

Для цитирования:


Федоров В.В., Афанасьев С.В. РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНЫХ ДИАМЕТРОВ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СЕТИ С ПОМОЩЬЮ КОНВЕКТИВНО-ДИФФУЗИОННОГО МЕТОДА УСЛОВНОЙ МИНИМИЗАЦИИ. Вектор науки Тольяттинского государственного университета . 2017;(2):62-67. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-2-62-67

For citation:


Fedorov V.V., Afanasyev S.V. THE CALCULATION OF OPTIMAL DIAMETERS OF HYDRAULIC NETWORK USING THE CONVECTION-DIFFUSION METHOD OF CONSTRAINED MINIMIZATION. Science Vector of Togliatti State University . 2017;(2):62-67. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-2-62-67

Просмотров: 13


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)