基于遗传算法的规模化自压管网系统调压池优化研究
发布时间：2021-05-07 15:49
规模化自压灌溉管网具有首尾高差大、管线长、供水流量大等特点,有时会出现管道工作压力超出其承压能力,容易引起爆管,影响输水效率,因此需要进行减压以保证管网安全运行。本文考虑在管网干管布置调压池,分干管与支管布设减压阀的方式进行调压与调流。灌溉管网系统布置调压池属于管网系统优化研究的一个分支,对节省灌溉系统投资、提高灌溉质量、保证管网安全运行有重要价值与意义。本文以调压池与自压灌溉管网为研究对象,分别探究了自压管网调压池布置优化与体型优化。针对当前对自压管网研究的不足之处,首先基于MATLAB平台,以干管造价与调压池造价之和为目标函数,以管段流量、流速、节点压力等为约束条件,建立规模化灌溉管网调压池优化数学模型,基于遗传算法结合西北某自压树状管网进行求解,实现了调压池布置与干管管径同步优化;然后以遗传算法结果为基础,基于FLUENT平台对调压池进行数值模拟,判别参数分别为调压池长宽比、调压池宽度与调压池出口边壁形状,目标函数为调压池出水管的流速均匀度,得到调压池水力性能最佳的几何方案。主要成果如下:（1）调压池布置与干管管径同步优化以调压池造价与干管管道造价之和为目标函数,用罚函数法处理约...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 背景
1.1.2 研究目的
1.1.3 研究意义
1.2 研究进展
1.2.1 加压管网研究进展
1.2.2 自压管网研究进展
1.2.3 管网减压研究进展
1.2.4 存在的问题与不足之处
1.3 本文研究内容
1.4 创新点
1.5 研究方法与技术路线图
第二章 调压池布置与干管管径同步优化方法研究
2.1 遗传算法原理与MATLAB工具箱
2.1.1 遗传算法的基本原理
2.1.2 遗传算法的特点
2.1.3 遗传算法的基本操作
2.1.4 约束条件的处理
2.1.5 遗传算法的终止条件
2.1.6 MATLAB遗传算法工具箱简介
2.2 数值模拟计算方法
2.2.1 控制方程
2.2.2 控制方程的离散化
2.2.3 流场求解方法
2.2.4 三维湍流模型
(1)Standard k-ε模型
(2)RNGk-ε模型
(3)Realizable k-ε模型
(4)三种湍流模型的比较
2.2.5 VOF方法
2.2.6 边界条件的处理
2.2.7 网格划分
2.3 本章小结
第三章 调压池布置优化研究
3.1 项目概况及基本资料
3.2 项目区内灌溉管网布置与设计
3.3 关于水头损失的讨论
3.4 同步优化双重编码方法
3.4.1 调压池布置与管径组合优化双重编码
3.4.2 适应度函数
3.4.3 遗传操作
3.4.4 优化结果
3.5 本章小结
第四章 调压池体型优化研究
4.1 调压池三维模型
4.2 计算区域网格的划分
4.3 湍流模型及边界条件
4.4 水力性能优化目标函数
4.5 优化方案与结果
4.5.1 调压池长宽比
4.5.2 调压池宽度
4.5.3 调压池边壁形状
4.6 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷灌条件下耕作方式对土壤水分均匀性与冬小麦水分利用效率的影响[J]. 刘文涛,安振,张梦坤,朱树伟,李耕,高天平,刘振,宁堂原. 水土保持学报. 2020(03)
[2]泵站加压条件下规模化灌溉管网优化方法研究[J]. 宋江涛,何武全. 人民黄河. 2016(11)
[3]不同形状的泵站封闭式进水池喇叭口水力性能模拟与验证[J]. 蒋红樱,成立,颜红勤,夏臣智,崔阳. 农业工程学报. 2016(13)
[4]长距离输水水力控制的研究进展与前沿科学问题[J]. 杨开林. 水利学报. 2016(03)
[5]规模化管道输水灌溉管网优化模型研究与应用[J]. 王昕,马海燕,张禾,朱军,于志刚. 节水灌溉. 2015(10)
[6]大规模灌溉管网的发展分析研究[J]. 武阳,李益农,刘群昌. 中国农村水利水电. 2015(01)
[7]泵站正向进水前池底坎整流机理数值模拟[J]. 罗灿,成立,刘超. 排灌机械工程学报. 2014(05)
[8]Numerical study of flow fluctuation attenuation performance of a surge tank[J]. 郭兰兰,刘正刚,耿介,李东,杜广生. Journal of Hydrodynamics. 2013(06)
[9]基于CFD流场预计算的短期风速预测方法[J]. 李莉,刘永前,杨勇平,韩爽. 中国电机工程学报. 2013(07)
[10]泵站前池水力性能的数值模拟[J]. 卢春晖,张永丽,唐剑韬. 流体机械. 2012(07)
博士论文
[1]中小型灌排泵站进水水力特性改善研究[D]. 赵国锋.扬州大学 2016
[2]载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D]. 李佳.哈尔滨工程大学 2010
[3]影响船舶CFD模拟的因素分析与三体船阻力计算改进探讨[D]. 陈康.哈尔滨工程大学 2008
[4]改进混合遗传算法用于给水管网优化设计的研究[D]. 储诚山.天津大学 2006
硕士论文
[1]新疆大中型灌区自压输水管网设计方案分析研究[D]. 雷小虎.石河子大学 2018
[2]基于CFD的中小型渔船阻力性能研究[D]. 高千和.大连海洋大学 2018
[3]超低水位下泵站进水池消涡整流装置研究[D]. 曾新乐.华北水利水电大学 2018
[4]基于枚举法和遗传算法的农田灌溉管道系统优化设计研究[D]. 刘波.山东农业大学 2017
[5]山地丘陵地区村镇供水工程优化研究[D]. 孙仁益.重庆大学 2017
[6]给水工程加压泵站位置设置研究[D]. 夏玉龙.重庆大学 2016
[7]引黄灌区泵站前池泥沙淤积模拟与防治措施研究[D]. 刘辉.华北水利水电大学 2016
[8]红梧山高效节水灌溉工程树状管网优化研究[D]. 胡廷贤.西北农林科技大学 2014
[9]基于matlab遗传算法工具箱的灌溉管网优化设计[D]. 马雪琴.西北农林科技大学 2013
[10]环状管网布置与管径优化模型和算法研究[D]. 姚慰炜.西北农林科技大学 2011
本文编号：3173663
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 背景
1.1.2 研究目的
1.1.3 研究意义
1.2 研究进展
1.2.1 加压管网研究进展
1.2.2 自压管网研究进展
1.2.3 管网减压研究进展
1.2.4 存在的问题与不足之处
1.3 本文研究内容
1.4 创新点
1.5 研究方法与技术路线图
第二章 调压池布置与干管管径同步优化方法研究
2.1 遗传算法原理与MATLAB工具箱
2.1.1 遗传算法的基本原理
2.1.2 遗传算法的特点
2.1.3 遗传算法的基本操作
2.1.4 约束条件的处理
2.1.5 遗传算法的终止条件
2.1.6 MATLAB遗传算法工具箱简介
2.2 数值模拟计算方法
2.2.1 控制方程
2.2.2 控制方程的离散化
2.2.3 流场求解方法
2.2.4 三维湍流模型
(1)Standard k-ε模型
(2)RNGk-ε模型
(3)Realizable k-ε模型
(4)三种湍流模型的比较
2.2.5 VOF方法
2.2.6 边界条件的处理
2.2.7 网格划分
2.3 本章小结
第三章 调压池布置优化研究
3.1 项目概况及基本资料
3.2 项目区内灌溉管网布置与设计
3.3 关于水头损失的讨论
3.4 同步优化双重编码方法
3.4.1 调压池布置与管径组合优化双重编码
3.4.2 适应度函数
3.4.3 遗传操作
3.4.4 优化结果
3.5 本章小结
第四章 调压池体型优化研究
4.1 调压池三维模型
4.2 计算区域网格的划分
4.3 湍流模型及边界条件
4.4 水力性能优化目标函数
4.5 优化方案与结果
4.5.1 调压池长宽比
4.5.2 调压池宽度
4.5.3 调压池边壁形状
4.6 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
参考文献
致谢
个人简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷灌条件下耕作方式对土壤水分均匀性与冬小麦水分利用效率的影响[J]. 刘文涛,安振,张梦坤,朱树伟,李耕,高天平,刘振,宁堂原. 水土保持学报. 2020(03)
[2]泵站加压条件下规模化灌溉管网优化方法研究[J]. 宋江涛,何武全. 人民黄河. 2016(11)
[3]不同形状的泵站封闭式进水池喇叭口水力性能模拟与验证[J]. 蒋红樱,成立,颜红勤,夏臣智,崔阳. 农业工程学报. 2016(13)
[4]长距离输水水力控制的研究进展与前沿科学问题[J]. 杨开林. 水利学报. 2016(03)
[5]规模化管道输水灌溉管网优化模型研究与应用[J]. 王昕,马海燕,张禾,朱军,于志刚. 节水灌溉. 2015(10)
[6]大规模灌溉管网的发展分析研究[J]. 武阳,李益农,刘群昌. 中国农村水利水电. 2015(01)
[7]泵站正向进水前池底坎整流机理数值模拟[J]. 罗灿,成立,刘超. 排灌机械工程学报. 2014(05)
[8]Numerical study of flow fluctuation attenuation performance of a surge tank[J]. 郭兰兰,刘正刚,耿介,李东,杜广生. Journal of Hydrodynamics. 2013(06)
[9]基于CFD流场预计算的短期风速预测方法[J]. 李莉,刘永前,杨勇平,韩爽. 中国电机工程学报. 2013(07)
[10]泵站前池水力性能的数值模拟[J]. 卢春晖,张永丽,唐剑韬. 流体机械. 2012(07)
博士论文
[1]中小型灌排泵站进水水力特性改善研究[D]. 赵国锋.扬州大学 2016
[2]载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D]. 李佳.哈尔滨工程大学 2010
[3]影响船舶CFD模拟的因素分析与三体船阻力计算改进探讨[D]. 陈康.哈尔滨工程大学 2008
[4]改进混合遗传算法用于给水管网优化设计的研究[D]. 储诚山.天津大学 2006
硕士论文
[1]新疆大中型灌区自压输水管网设计方案分析研究[D]. 雷小虎.石河子大学 2018
[2]基于CFD的中小型渔船阻力性能研究[D]. 高千和.大连海洋大学 2018
[3]超低水位下泵站进水池消涡整流装置研究[D]. 曾新乐.华北水利水电大学 2018
[4]基于枚举法和遗传算法的农田灌溉管道系统优化设计研究[D]. 刘波.山东农业大学 2017
[5]山地丘陵地区村镇供水工程优化研究[D]. 孙仁益.重庆大学 2017
[6]给水工程加压泵站位置设置研究[D]. 夏玉龙.重庆大学 2016
[7]引黄灌区泵站前池泥沙淤积模拟与防治措施研究[D]. 刘辉.华北水利水电大学 2016
[8]红梧山高效节水灌溉工程树状管网优化研究[D]. 胡廷贤.西北农林科技大学 2014
[9]基于matlab遗传算法工具箱的灌溉管网优化设计[D]. 马雪琴.西北农林科技大学 2013
[10]环状管网布置与管径优化模型和算法研究[D]. 姚慰炜.西北农林科技大学 2011
本文编号：3173663
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