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已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。 【关键词】：管网设计 类蚁群算法 改进遗传算法 复合形算法
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：O224
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 研究背景及意义14-15
• 1.2 研究现状15-22
• 1.2.1 确定性优化方法15-19
• 1.2.2 启发式优化方法19-22
• 1.3 本文研究内容及主要工作22-24
• 第二章 天然气管网问题的优化模型24-30
• 2.1 基本假设24
• 2.2 天然气管网模型的构建24-27
• 2.2.1 目标函数24-25
• 2.2.2 约束条件25-26
• 2.2.3 管网设计优化模型26-27
• 2.3 管网设计中的图论知识27-30
• 2.3.1 连接矩阵27-28
• 2.3.2 回路矩阵28-30
• 第三章 类蚁群算法求解树枝状管网设计问题30-40
• 3.1 问题描述30
• 3.2 传统蚁群算法介绍30-32
• 3.3 算法应用32-33
• 3.3.1 蚁群算法在TSP问题中的应用32
• 3.3.2 算法步骤32-33
• 3.4 改进蚁群算法——类蚁群算法33-36
• 3.4.1 改进蚁群算法的必要性33-34
• 3.4.2 类蚁群算法描述34-35
• 3.4.3 类蚁群算法流程图35-36
• 3.5 算例36-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第四章 改进遗传算法求解给定需求的管网设计问题40-50
• 4.1 问题描述40
• 4.2 遗传算法基本介绍40-41
• 4.3 基本遗传算法的改进41-45
• 4.3.1 编码42
• 4.3.2 适应度函数的设计42-44
• 4.3.3 遗传算子设计44-45
• 4.3.4 进化策略设计45
• 4.3.5 终止条件45
• 4.4 算例45-47
• 4.5 本章小结47-50
• 第五章 复合形法求解环状管网的管径选取问题50-64
• 5.1 问题描述50-51
• 5.2 算法介绍51-55
• 5.2.1 单纯形法51-53
• 5.2.2 复合形法53-55
• 5.3 改进算法的必要性和思路55
• 5.4 改进复合形法的实现55-61
• 5.4.1 改进约束条件55-56
• 5.4.2 管径和流量之间的转化56-57
• 5.4.3 算法步骤57-59
• 5.4.4 算法流程图59-61
• 5.5 算例61-62
• 5.6 本章小结62-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-70
• 附录70-86
• 致谢86-88
• 研究成果及发表的学术论文88-89
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书89-90

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