نظم حاکم در جهان هستی و پدیده های موجود در طبیعت همواره دست مایه محققین در آفرینش ایده های  جدید بوده است. یکی از این ایده های جدید که به صورت یک تئوری بیان شده، تئوری ساختاری است. همانطور که از نام این تئوری مشخص می شود از نظم ساختاری موجود در پدیده های طبیعی الهام گرفته شده است.

تئوری ساختاری در واقع یک پیش­زمینه ایست که در طراحی ساختار جریان بکار می رود. پایه و اساس آن می تواند یک اصل فیزیکی برگرفته از طبیعت باشد، این از آنجا ناشی می گردد که سیستم­های جریان طبیعی دارای ساختار بهینه هستند. در نتیجه ایده دستیابی به ساختار بهینه را محققین از پدیده های طبیعی گرفته اند]1[.

  از طرفی پروژه ها نمایانگر توسعه پایدار در هر کشور می باشد. یکی از پروژهایی که در هر کشور بخصوص کشورهای نفت خیز در حال توسعه اهمیت بسیار زیادی دارد، انتقال و توزیع نفت و گاز از طریق خطوط لوله می باشد. اقتصاد این کشورها به شدت بستگی به عملیات روان و بدون نقص این خطوط دارد و همچنین امروزه با توجه نیاز جامعه، افزایش رو به رشد جمعیت و محدودیت در منابع، استفاده از روش های نوین برای بهینه سازی سیستم های انتقال و توزیع این منابع (نفت وگاز) از اهمیت زیاد و قابل توجهی برخوردار است.

در این پایان نامه طراحی و بهینه سازی شبکه های توزیع گاز شهری و روستایی مورد مطالعه قرار گرفته است. که ابتدا به معرفی این نوع سیستم های توزیع گاز پرداخته شده و در ادامه طراحی و بهینه سازی آن مورد بررسی قرارگرفته شده است. 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

 یک شبکه توزیع گاز دارای چند خط اصلی[1] است که گاز را از ایستگاه تقلیل فشار وارد شهر کرده و به دست مصرف کنندگان می رساند]2[.

اصولا در طراحی شبکه توزیع گاز سرعت، فشار و شدت جریان گاز و قطر لوله ها از پارامترهای موثر در طراحی هستند که بر روی یکدیگر تاثیر متقابل دارند. عموما جریان در شبکه توزیع گاز در حالت دائمی فرض می شود.

با توجه به متغیرهای فراوانی که در شبکه توزیع گاز وجود دارد با استفاده از رایانه و بهره گیری از یک روش بهینه سازی مناسب می توان هزینه نهایی سیستم را کمینه کرد.

درادامه این فصل مروری بر تحقیقات پیشین صورت می پذیرد.

در فصل دوم مفاهیم کلی طراحی و بهینه سازی بیان گردیده و همچنین مقایسه ای بین طراحی همراه با فرآیند بهینه سازی با طراحی متداول[2] انجام گرفته است. تاریخچه بهینه سازی، روش های مختلف بهینه سازی[3] و الگوی بهینه سازی استاندارد از جمله مواردی است که در ادامه این فصل شرح داده می شود.

معادلات حاکم بر جریان های تراکم پذیر و تراکم ناپذیر با رژیم های آرام و آشفته درون لوله های صاف و لوله های زبر در فصل سوم این پایان نامه ارائه می گردد.

در فصل چهارم روش طراحی با تئوری ساختاری و چگونگی استفاده از آن برای طراحی و بهینه سازی سیستم های مختلف توزیع سیال شرح داده شده است.

در فصل ششم روش بهینه سازی شبکه شاخه ای گاز  بر مبنای تئوری ساختاری  برای چهار مسئله مختلف (از نظر تعداد مصرف کننده) بکار گرفته شده و برای هر مسئله مسیرهای بحرانی از نظر هزینه مشخص گردیده است و همچنین هزینه نهایی کل در هر شبکه با طراحی های مشابه قبلی مورد مقایسه قرار گرفته است.

در فصل هفتم نتایج به دست آمده در این پژوهش ارائه و همچنین پیشنهاداتی برای بکارگیری تئوری ساختاری در زمینه های دیگر گردیده است.

1-2- اهداف پایان­نامه حاضر

اهداف این پایان­نامه را می توان بصورت زیر بیان نمود:

1. بررسی امکان بکارگیری تئوری ساختاری درسیستم شاخه­ای گاز طبیعی

1. طراحی یک سیستم تیپ [4]شاخه ای گاز طبیعی

1. بهینه سازی سیستم شاخه ای گاز با تئوری ساختاری

• مطالعات پیشین

این بخش را به دو قسمت مجزا طراحی شبکه گاز و تئوری ساختاری تقسیم کرده و مطالعات قبلی صورت گرفته در هر دو بخش به ترتیب مورد بررسی قرار می گیرد.

1-3-1- طراحی شبکه گاز

  البته هم اکنون مطالعات محدودی در راستای گسترش روش هایی با هدف بهینه کردن طراحی شبکه لوله در جهان صورت می پذیرد که اغلب این تحقیقات موجب دستیابی به برنامه های رایانه ای قابل دسترسی که عمدتا استفاده تجاری دارند، شده اند که این برنامه ها مهندسین را در طراحی و بهینه سازی شبکه توزیع بسیار کمک می کنند.

روش هایی که در حال حاضر در طراحی شبکه توزیع گاز استفاده می شود و بر اساس پروسه انتخاب قطر لوله ها به سه دسته زیر تقسیم می گردد]3[:

• روش های ذهنی[7] (ابتکاری).

• روش هایی که در آن فرض می شود گستره پیوسته[8] ای از قطر لوله ها در دسترس است.

• روشهای بهینه سازی گسسته[9].

 امروزه استفاده از صفحه نمایش های لمسی، بسیار گسترده شده و با توجه به این روند در حال پیشرفت تقاضای استفاده از آن نیز رو به افزایش است(شکل 1-2 نشانگر افزایش روز افزون استفاده از این تکنولوژی را نشان می دهد). به گونه ای که نظر بسیاری از کمپانی ها و موسسات بین المللی را به خود جلب کرده است، تا جایی که بسیاری از موسسات  در حیطه های مختلف کاری از جمله IT, Medicine ,Computer, ATM و غیره سعی در بکارگیری و پشتیبانی از این تکنولوژی نه چندان جدید در محصولات خود را داشته اند(شکل 1- 1).[1-3]

شکل 1-1- موارد کاربرد صفحه نمایش های لمسی در حیطه های مختلف و سهم فروش آن در بازار کالا [1] 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

شکل 1-2-  میزان استفاده از صفحات لمسی در تولیدات صنعتی، توسط کشور های مختلف [2]

شکل 1-3- میزان رشد درآمد های حاصل از بکارگیری تکنولوژی صفحه نمایش های لمسی از سال 2006 تا 2014 (تخمین)[3]؛ تصویر سمت راست: میزان در آمد حاصله از فروش –  تصویر سمت چپ: میزان استفاده از صفحه نمایش های لمس

علاوه بر این، در بررسی های انجام شده توسط همین موسسه در سال 2011 ، پیش بینی شده است که میزان خرید این محصول تا سال 2014 رشدی حدود 105 درصدی خواهد داشت. (بیش از دو برابر نسبت به سال 2011) که این خود نشان دهنده اهمیت این تکنولوژی می باشد. (شکل 1-3) [3].

1-2- دسته بندی صفحات لمسی

از زمان پیدایش این تکنولوژی انواع مختلفی از صفحه نمایش های لمسی تولید و ارائه شده است و با گذشت چیزی نزدیک به سه دهه از ساخت و ارائه اولین مدل از این تکنولوژی همچنان موضوعات مطرح در این حیطه جذاب و مورد توجه محققین در علوم مختلف می باشد. بدلیل طیف گسترده تولید کنندگان و تنوع تحقیقات در این زمینه، دسته بندی های مختلفی تاکنون برای انواع مختلف صفحات لمسی ارائه شده است که مشهور ترین آن ها عبارتند از:

الف)  دسته بندی Wigdor

 این نوع از دسته بندی بر اساس داده های دریافتی و نحوه پردازش صفحه لمسی مورد نظر می باشد که در شکل1-5 نشان داده شده است [47].

ب) دسته بندی Walker  

این دسته بندی بر اساس نوع پلتفرم ، میزان شفافیت صفحه و غیره تقسیسم بندی شده است شکل 1- 4 نشان دهنده این نوع دسته بندی می باشد [40].

• پیشگفتار

فلج شدگی[1] از­کار­افتادگی دائم اندام­های تحتانی  بدن است که براثر صدمه وارده به نخاع[2] واقع در ستون فقرات، معمولاً ناشی از حوادث یا بیماری، ایجاد می­شود. این امر باعث از بین رفتن توانایی کنترل حرکت و احساس در اندام­های پایین­تر از سطحی که نخاع آسیب‌دیده است، می­گردد. نوع فلج شدگی به سطح آسیب­ بستگی دارد و بر اثر فلج شدن ممکن است علاوه بر اندام­های تحتانی بخشی یا تمام اندام­های فوقانی متأثر گردند.

در این قسمت برای بررسی سطح آسیب­دیدگی و شناخت اندام­های متأثر شده بر اثر فلج­شدگی آناتومی نخاع و ستون فقرات انسان را بررسی می‌شود.

• آناتومی نخاع و ستون فقرات

طناب نخاعی از سوراخ پس سری[3] تا سطح نخستین یا دومین مهره کمری امتداد می‌یابد. سوراخ پس سری، سوراخی است بزرگ در استخوان پس سر که مغز و نخاع در آنجا به یکدیگر متصل می‌شوند. طناب نخاعی، نخاع شوکی نیز خوانده می‌شود. از برجستگی کمری به 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

  پایین، نخاع شوکی باریک شده و تا ناحیه مخروط انتهایی[4] که دربرگیرنده­ی بخش‌های خاجی[5] طناب نخاعی است ادامه دارد. مخروط انتهایی، پایین‌ترین ناحیه تنه نخاع است.

• شكل1-1 آناتومی نخاع

اعصاب نخاعی ۳۱ جفت است که از طناب نخاع منشعب می‌گردند که عبارت‌اند از: 1-اعصاب گردنی، هشت زوج 2-اعصاب سینه‌ای، دوازده زوج 3-پنج زوج کمری 4-پنج زوج خاجی 5-یک زوج دنبالچه‌ای.

• صفحات آناتومی بدن انسان و نام‌گذاری درجات آزادی مرتبط با آن در پایین‌تنه

 جهان محاسباتی که امروزه با آن روبرو هستیم روز به‌روز در حال بزرگ­تر و پیچیده‌تر شدن است. محاسبات ابری نیز در ادامه سبک‌های دیگر مانند محاسبات توری با هدف پردازش حجم عظیمی از داده با استفاده از خوشه‌هایی از کامپیوتر‌هاست. طبق گراش ارائه شده ای از گوکل، در حال حاضر به لطف محاسبات توزیع شده روزانه بیش از 20 ترابایت داده خام اینترنتی مورد پردازش قرار می‌گیرد. تکامل و شکل‌گیری محاسبات ابری خواهد توانست این چنین مسائلی را به راحتی و به شکلی مناسب‌تر از طریق سرویس‌های مبتنی بر تقاضا حل و فصل نماید. از زاویه دیگر، جهان محاسباتی اطراف ما در حال حرکت به سمت الگوهای “پرداخت برای استفاده” حرکت می‌کند و همین الگو یکی دیگر از پایه‌های اصلی محاسبات ابری محسوب می‌شود.

محاسبات ابری که در اواخر سال 2007 پا به عرضه ظهور گذاشت هم­اکنون به دلیل توانایی‌اش در ارائه زیر ساخت فناوری پویا و بسیار منعطف، محیط‌های محاسباتی تصمین شده از نظر کیفیت و همچنین سرویس‌های نرم‌افزاری قابل پیکر­بندی به موضوع داغ بدل شده است . در گزارش رویکردی گوگل همانطور که در شکل ‏1‑1 مشاهده می‌نمایید، محاسبات ابری، محاسبات توری را پشت سر گذاشته است [1]. محاسبات ابری از رویکرد مجازی­سازی بهره­گیری می­نماید که این امر سبب انعطاف­پذیری بیشتر سیستم ابر می­شود. در حقیقت با استفاده از این تکنولوژی، برنامه­ها می­توانند سرویس‌های مختلف را به صورت مجزا و انتزاعی از گره‌های سرویس‌دهنده دریافت نمایند.

 شکل ‏1‑1رویکرد یه تکنولوژی‌های مختلف محاسبات توزیع شده [1]

تعاریف زیادی در مورد محاسبات ابری ارائه شده است که سعی می‌نمایند مشخصه‌های اصلی محاسبات ابری را مد نظر بگیرند که سیستم ابری را ” یک مدل برای دسترسی بنابر تقاضا و راحت تحت شبکه به یک مجموعه اشتراکی از منابع محاسباتی قابل پیکربندی” تعریف 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

  می‌نمایند درحالی­که “این منابع با کمترین تلاش و هزینه به صورت آزاد” فراهم گردند [2].

محاسبات ابری از خصوصیات منحصر به فردی بهره می‌برد که این سبک محاسباتی را از سایر سبک‌ها متمایز می‌کند. البته برخی از این خصوصیات کما بیش در سبک‌های پیشین نیز وجود داشته­اند. بعضی از این خصوصیات عبارتند از:

• ارائه سرویس مبتنی بر تقاضا: در اینجا لازم نیست تا برای آن چه استفاده نمی‌کنید هزینه پرداخت کنید. این بدان معناست که مشتریان تنها بر اساس مقدار و کیفیت سرویسی که مصرف می‌نمایند، هزینه استفاده پرداخت می‌نمایند. در حقیقت رویکرد این تکنولوژی همانند سرویس‌های عمومی قابل استفاده دیگر امروزی است. برای مثال همان­طور که برای تولید برق نیاز نیست که هر خانوار دارای ژنراتور و سایر وسایل تولید الکتریسیته باشد، دریافت سرویسی مانند محاسبات یا محل ذخیره داده نیز دیگر نیازی به خصوصی بودن ندارد و می‌توان آن را از فراهم آوردنگان ابر[1] اجاره کرد.

• دسترسی شبکه گسترده (اینترنت): این سیستم برای تحویل و ارئه سرویس‌ها از بستر موجود برای اینترنت استفاده می‌نماید. بنابراین مشتریان سرویس‌ها به هیچگونه نرم‌افزار یا سخت‌افزار خاصی نیاز ندارند و با همان مرورگری که هر روزه به گشت و گذار در وب می‌پردازند می‌توانند از سرویس‌های ابر بهره ببرند.

• قابلیت اطمینان بالا: فراهم آورندگان ابر به مشتریان خود تضمین می‌دهند که سیستم ابر همیشه قابلیت ارائه سرویس را داشته باشد. حال آنکه در سیستم‌های خانگی یک اشکال در نرم‌افزار یا سخت‌افزار می‌تواند موجب عدم دسترسی به اطلاعات و سرویس شود.

• هزینه پایین: به صورت سنتی برای اجرای برنامه‌های سنگین محاسباتی یا داده ای عظیم نیاز به یک سیستم با توان بالای محاسباتی و داده­ای احساس می‌شده است. این سیستم هزینه سنگینی را برای شرکت و یا افراد سرویس­گیرنده فراهم می‌آورده است. حال با استفاده از سرویس‌های موجود بر روی ابر، کاربران می‌توانند بر روی پروژه خود تمرکز بیشتری داشته باشد و هزینه گزافی را بابت تهیه زیرساخت‌ها نپردازد.

63

64

65

67

70

75

فصل 5: نتیجه‌گیری و پیشنهادات 80

81

83

مراجع 84

پیوست‌ها 89

• تاریخچه

کشف این واقعیت که بسیاری از کشورها دارای منابع فراوان گاز طبیعی هستند و این که آلودگی CNG  در مقایسه با سوخت‌های مایع بسیار کمتر می‌باشد، باعث گسترش بیش از پیش خودروهای گازسوز گردید.  موتورهای بنزینی که گازسوز می شدند، توان کمتری نسبت به نمونه بنزینی داشتند، ولی با طراحی موتورهای اختصاصی CNG  این مشکل رفع شد.  امروزه به دلایل اقتصادی و زیست محیطی که در بالا بیان شد، صنعت خودروهای CNG سوز بسیار گسترش یافته است[1]. 

خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

صنعت خودرو، خواهان تولید مخازن سبک‌تر بود تا اثر آن را به روی عملکرد وسایل نقلیه کم کند.  بدین ترتیب در اواخر دهه70 تولید و توسعه مخازن کم وزن آغاز گردید و تاکنون در بسیاری از کشورها این مخازن مورد استفاده قرار گرفته می‌شود.

 اولین مخازن کامپوزیتی در سال 1977 وارد بازار شدند.  این سیلندرها از یک لاینر[1] فلزی که با الیاف شیشه پیچیده شده بود و قبلاً کاربردهای فضایی داشت، ساخته شده بودند. در سال 1982 مخازن با لاینر آلومینیومی با پیچش محیطی الیاف شیشه در صنعت  CNGمورد استفاده قرار گرفت.

 این روند سبک‌سازی مخازن تا سال 1985 و با ارائه مخازن لاینر فولادی و الیاف شیشه ادامه داشت. گاز CNG برای استفاده در خودروها می بایست در فشار 200 بار یا 20 مگاپاسکال نگهداری شود که این امر اهمیت فراوان مخازن تحت فشار نگهدارنده گاز و همچنین استانداردهای موجود در این زمینه را نشان می‌دهد[2].

در اواخر دهه 80 طرح‌های کاملاً پیچیده شده با لاینرهای فلزی و پلاستیکی در سوئد، روسیه و فرانسه تولید شد. در آمریکا پس از توسعه استانداردها، تولید طرح‌های کامل رشته‌پیچی شده با لاینرهای نازك آلومینیومی و یا پلاستیکی با پوشش الیاف شیشه و یا الیاف کربن در سال 1992 آغاز شد[3].

به منظور کاهش هرچه بیشتر وزن مخازن CNG طرح‌های کامپوزیتی کاملاً پیچیده با لاینرهای  فلزی یا پلاستیکی ارائه گردید. در این طرح‌ها الیاف به طور کامل به دور مخزن پیچیده شده بودند. وظیفه اصلی تحمل بار ناشی از فشار بر عهده الیاف‌پیچیده شده بود. بدین­سان لاینرها دارای ضخامت کمی بودند. ساخت لاینر فلزی مخازن به شکل مستطیلی(جعبه ای)، عایق کاری آن را مشکل می کند و همچنین از استحکام کمتری به علت جوشکاری در درزها برخوردار می‌باشد. در مخازن استوانه‌ای در دو سر انتهایی، دو نیم کره عدسی شکل به روش‌های خاص شکل‌دهی ایجاد می‌گردند که نیاز به جوشکاری را از میان بر می‌دارد. البته بخش عمده‌ای از هزینه ساخت مخازن استوانه‌ای را هزینه همین قسمت‌های نیمکره‌ای تشکیل می‌دهد.

• معرفی انواع مخازن CNG

 به طورکلی مخازن  CNG به شکل استوانه‌های یک پارچه و بدون درز می‌باشند که ابتدا و انتهای آن‌ها با قسمت‌های بیضوی شکل که دم[2] نام دارند، بسته می‌شود. طبق استاندارد ISO 11439  مخازن  CNGبه چهار دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از : [2]

1. مخازن کاملاً فلزی[3]

1. مخازن با لاینر فلزی و الیاف کامپوزیتی رشته‌پیچی شده به دور قسمت استوانه‌ای[4]

1. مخازن با لاینر فلزی و الیاف کامپوزیتی رشته‌پیچی شده به دور کل مخزن[5]

1. مخازن کاملاً کامپوزیتی با لاینر پلاستیکی[6]

 مخازن نوع اول، مخزن تمام فلزی

این مخازن بدون درز و از جنس فولاد یا آلومینیوم می‌باشند. گرچه نوع آلیاژ مورداستفاده و همچنین تنش‌های طراحی این گونه مخازن در استاندارد مشخص نگردیده است ولیكن این گونه مخازن فولادی یا آلومینیومی باید آزمون‌های كارایی را بگذرانند. آزمون‌ها به دلیل اطمینان از چقرمگی و مقاومت در برابر تنش، خوردگی و ترك در جنس به كار رفته، صورت می‌گیرند. همچنین آزمون‌های سختی و فشار هیدرواستاتیك جهت اطمینان از استحكام مخزن نیز انجام می‌گیرند.

تولید این مخازن با استفاده از روش اسپینینگ[7] یا کشش عمیق[8]  می‌باشد.  وزن این مخازن نسبت به دیگر نمونه‌ها بیشتر می‌باشد. در این نوع مخازن، نسبت جرم به حجم آن‌ها بین 2/1 تا 5/1 کیلوگرم بر لیتر می‌باشد[3]. نمونه‌هایی از مخازن CNG نوع اول در شکل (1-1) نشان داده شده‌است.

• مخزن نوع اول [1]

این مخازن از فولاد كروم – مولیبدن یا فولاد كربن – منگنز ساخته می‌شوند و طبق استانداردهای موجود این مخازن باید در فرآیندی بدون استفاده از جوش و به صورت بدون درز ساخته شوند. لذا این كپسول‌ها برای تحمل فشار كاری200 بار باید توان تحمل فشار تا 450 بار را داشته باشند. فشار تركیدن در حداقل باید450 بار باشد و به همین دلیل ضخامت بدنه این مخازن بالاست. در شكل (1-2) یك مخزن نوع اول نمایش داده شده‌است.

• مخزن نوع اول

• مخازن نوع دوم، مخزن کمرپیچ

این نوع مخازن دارای یک لایه‌داخلی از جنس فولاد یا آلومینیوم بدون درز است و قسمت استوانه‌ای این لایه‌داخلی، توسط الیاف شیشه، آرامید، کربن یا مخلوطی از آن‌ها که آغشته به رزین است به صورت محیطی پیچیده شده‌است (شكل (1-3)) [2].  ساختار كامپوزیتی این مخازن، این امكان را به وجود می‌آورد كه بتوان از ضخامت قسمت فلزی كاست و درنتیجه مخزن سبك‌تری بدست آورد. این مخازن در جهت شعاعی به جز دو قسمت ابتدایی و انتهایی تقویت شده‌اند.