基于FLUENT软件和蚁群算法的排水管网优化设计研究

发布时间：2020-05-27 09:48

【摘要】：排水管网是城市现代化建设中必不可少的重要基础设施之一,通常情况下,管网基础建设费用占排水工程总投资的70%-80%。为了不断提高居民的生活质量和保护生态环境,我国还将建设和改造大量的排水管道。因此,对排水管网进行优化设计十分有必要。在对排水管网进行优化设计过程中暴露出两方面的问题,一是决策变量的选择中缺乏对水力参数之间的关系的考虑和最终优化效果的考虑;二是在选取优化算法的过程中,因为算法本身存在缺陷和编写程序的复杂性,并不能保证算法在优化的结果是全局最优。因此,本文引入了FLUENT软件对排水管网的水力参数进行分析,并改进蚁群算法对排水管网进行优化研究。首先基于FLUENT软件对各种流体运动的模拟功能,建立污水在排水管道中流动的水力模型,模拟流体在排水管道中的流动状态,分析得到了排水管网设计规范下水力参数限定范围内各个管段的管径取值范围。并在FLUENT软件中筛选由管径规格和市售价格组成的决策变量[(D_(min),S_(min)),(D_(max),S_(max))]作为蚁群算法的信息素矩阵,在MATLAB中编写寻优矩阵程序进行迭代寻优,寻找排水管网各个管段的最佳管径组合,精简了排水管径规模的寻优取值空间,提高寻找各个管段的最优管径规格的效率。在针对平面布置给定情况下的排水管网优化设计的研究中,通过改进蚁群算法对排水管网进行优化设计,在分析排水管网约束条件和水力参数单调性的基础上,以最小投资额为目标函数建立优化设计的数学模型,以最终排水管网管材投资额度为优化目标,直观反映最终节省工程造价的优化结果。本文通过改进蚁群算法在排水管网优化中的应用,以管径优化为出发点,使其在对有效管径集合中的寻优效率更高,优化结果更加明显。在基于FLUENT软件和蚁群算法对排水管网优化设计的应用过程中,引入广安市武胜县某工业园区排水管网建设项目进行实际工程应用,对比传统查阅图表的方法,改进后的蚁群算法使得管材费用节省了8%,并且坡度也有所降低,减小了埋设深度,进一步降低了工程投资费用。从而验证了该方法的可行性、高效性和适用性。
【图文】：

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图 1-1:水力关系图2/31/21RInv 2/31/21. wRInQ wv 布置下进行管道参数优化设计时，涉及众多的水力参数，管径 D，流速 v，充满度(H/ D)和坡度 I。金属和非金属的据集水区的人口规模可以确定流量 Q。分析排水管道的过同时，运用规范拟定流速、充满度和坡度的取值范围，还立管道中流体流动模型ENT 软件构建三维网格，在《排水工程》设计规范的设计

排水管道,物理性,水力参数设计,黏性流体

图 2-1:计算流程图小结对 FLUENT 软件的介绍，了解了它在流体力学的模拟计算中的应用的基本方程和求解过程。经过对流体在流场中任取某一封闭空间进行黏性可压缩流体的运动特性的 N-S 方程式表述和设定流体的边界层在流场的运动过程进行物理性描述，并得到流体运动状态的物理参，对排水管道建模的过程中，从可压缩黏性流体的角度出发，输入数，可以对污水在排水管道中的流动状态进行物理性描述，并件对排水管道水力参数设计的理论依据，为后面的研究提供了基础
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU992

【参考文献】