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工业供水系统优化及其力学问题研究

杨维  
【摘要】:本文根据本钢供水系统的实际状况,工业供水系统优化及其力学问题研究。 首先找出了本钢供水系统运行中存在的不足,进而提出了相应的改进措施。主要 内容包括供水系统短期负荷预测,确定系统最优调度方案和设备更新与设备投资 问题。在预测部分运用灰色预测方法,BP神经网络方法和改进的神经网络方法 进行用水量预测,并进行比较分析,重点提出用遗传算法进行神经网络权系优化 的改进算法。对于确定最优调度问题,以耗电量最小为目标函数,以满足用户对 水量、水压要求以及供水能力为约束条件,建立供水系统微观数学模型,利用遗 传算法进行求解,并编制了计算机程序,求得了最优调度方案。利用动态规划原 理,对供水设备更新与设备投资问题进行多阶段规划,并编制了程序,从而为本 钢供水设备有选择、有目的的更新和投人提供了可靠的理论依据。 本文通过对本钢供水系统优化运行研究中涉及的用水量预测模型、管网模型 与优化方法和设备更新与设备投资问题的研究与应用探讨,取得主要研究成果如 下:(1) 以本钢供水系统为对象,找出了本钢供水系统运行中存在的不足。① 水 重复利用率低;② 用水单位各自为政,水资源无法实施统一的调度;③ 供水系统 设备构件盲目更新与投入;(2) 从应用角度看,提出了神经网络及改进的神经网 络模型,用于供水系统用水量预测,为本钢供水系统用水量预测提供了新方法, 同时把新的科学理论应用于实际,将本钢供水系统信息化目标向前迈进了一大 步;(3) 利用遗传算法进行优化求解,为供水系统优化调度的智能控制提供了可 靠的依据;(4) 针对本钢供水系统的现状,对供水设备更新和设备投资问题进行 了多阶段优化分析,找出最优方案,为投资决策提供了可靠的理论依据。 另一方面,本文利用分形理论研究了水处理中的混凝工艺。本文在前人研究 的基础上,应用分形理论揭示了混凝和气浮工艺中絮粒-絮体-絮体集团形成的动 力演化过程,并对其工程应用做出了进一步的探讨。将分形理论应用于混凝领域 的研究并加以丰富和发展,成为一个显著的前沿热点,并为混凝理论的研究提供 了一个崭新的生长点。 在工业供水系统管道的力学分析方面,本文采用有限元方法,分析了管-土 相互作用,在假定此问题为轴向对称的前提下,选用了二结点链环元.并导出了 这种单元的几何非线性刚度矩阵,同时还考虑了管壁向内凹陷时局部管与土脱离 辽宁工程技术大学博士学位论文 的现象 用了弧长法 在求解非线性方程时,为了克服极值点处Jacobi矩阵的奇异性,采 推导出了管变形随荷载变化规律和管屈曲的上、下临界荷载。 关键词:供水系统优化调度遗传算法混凝分形理论有限元


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