关于天然气管网设计中线路和管径选取问题的探讨

摘要

近些年来，世界上加强环境保护的呼声日益高涨，促进了新型能源应用技术的革新。天然气因其具有清洁、高效和方便等优点，逐渐成为国民生产、生活中重要的能源，很多大中型城市都面临着天然气管网的铺设问题。由于天然气输送管网投资巨大，合理进行管网优化能够节省大量成本，缩短施工期限，带来巨大的经济效益。因此，天然气管网优化设计问题己逐步成为现阶段热点问题之一。本文主要讨论了在天然气管网设计过程中线路和管径的选取问题。 本文结合天然气管网理论和实际需求，建立了一般数学模型。接着，文章从路线选择和管径选取两个角度去探讨，就简单管网设计、给定需求下的管网设计和管网确定下的管径选取等三个问题进行了深入讨论，设计算法并验证了其可行性和有效性。 在求解简单管网问题时，提出类蚁群算法。该算法吸收了传统蚁群算法中信息素及其增强、挥发的特点，建立了“定边找点”的新思路，弥补了传统蚁群算法不能产生带分支的树状管网结构的缺点。最后，利用算例论证了算法的有效性。 针对给定需求下的管网设计，采用改进遗传算法。基于图论的基本原理，对具体问题设计了相应的适应度函数、单亲换位算子、倒序算子以及重组算子，并建立了可行解的判别矩阵。分析管网分布确定下的管径选取问题，寻找其相关变量之间的关系，并将变量分为两部分：连续型变量和离散型变量。对连续型变量采用复合形求解的方法，利用其与管径的数量关系来判断是否可行，然后采用反射、扩展及压缩等方法求得最优解。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究现状

1.2.1确定性优化方法

1.2.2启发式优化方法

1.3本文研究内容及主要工作

第二章天然气管网问题的优化模型

2.1基本假设

2.2天然气管网模型的构建

2.2.1目标函数

2.2.2约束条件

2.2.3管网设计优化模型

2.3管网设计中的图论知识

2.3.1连接矩阵

2.3.2回路矩阵

第三章类蚁群算法求解树枝状管网设计问题

3.1问题描述

3.2传统蚁群算法介绍

3.3算法应用

3.3.1蚁群算法在TSP问题中的应用

3.3.2算法步骤

3.4改进蚁群算法——类蚁群算法

3.4.1改进蚁群算法的必要性

3.4.2类蚁群算法描述

3.4.3类蚁群算法流程图

3.5算例

3.6本章小结

第四章改进遗传算法求解给定需求的管网设计问题

4.1问题描述

4.2遗传算法基本介绍

4.3基本遗传算法的改进

4.3.1编码

4.3.2适应度函数的设计

4.3.3遗传算子设计

4.3.4进化策略设计

4.3.5终止条件

4.4算例

4.5本章小结

第五章复合形法求解环状管网的管径选取问题

5.1问题描述

5.2算法介绍

5.2.1单纯形法

5.2.2复合形法

5.3改进算法的必要性和思路

5.4改进复合形法的实现

5.4.1改进约束条件

5.4.2管径和流量之间的转化

5.4.3算法步骤

5.4.4算法流程图

5.5算例

5.6本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

附录

致谢

研究成果及发表的学术论文