收藏本站
《西北农林科技大学》 2004年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

微灌管网水力解析及优化设计研究

王新坤  
【摘要】:随着工业与农业的发展,人口与经济的增长,农业、工业和城市用水将不断增加,水资源危机加剧。我国是一个农业用水大国,发展农业高效节水技术,无疑是缓解水资源矛盾,保障我国经济可持续发展的一项根本性的战略措施。随着农业高效节水技术的发展,微灌这种高效的节水灌溉技术也将得到快速发展和应用,同时全国各地在微灌管网工程建设和运行管理方面的资金投入也将不断增加。通过应用优化设计的理论、方法与工具,寻求使微灌系统灌水质量高、投资少、能耗低的微灌管网系统优化设计方案,可以产生巨大的经济效益。 然而,目前对微灌毛管的水力解析与优化设计的研究主要还是基于一些近似假定基础之上;对田间管网的优化研究主要集中在允许压力差的支管及毛管分配比上,没有整体与系统的优化研究;对干管管网优化主要集中在高效算法的研究上;微灌管网优化设计应用上的研究较少,能够在设计中广泛、可靠应用的管网优化计算机设计软件还很少见。针对微灌管网水力解析及优化设计中存在的问题和不足,本文主要进行了以下几个方面的研究。 分别提出单向毛管、双向毛管、等量出流毛管的水力解析方法与优化设计模型,给出优化算法的求解方法。适用于变管径、非均匀坡、不等间距灌水器及不同灌水器型号等各种条件下毛管的水力解析与优化设计问题,也可以对设计好的毛管进行水力解析及校核。 建立了田间管网水力解析的遗传算法模型和各种已知条件下的田间管网优化设计模型,提出了相应的求解方法。将田间管网作为一个整体进行优化设计,直接以设计灌水均匀度或流量偏差率和灌水器设计流量为设计控制参数,不再采用毛管和支管的等量出流假定,也不需要进行田间管网压力差的分配,计算过程得以简化,可以获得0.05%以上的计算精度。 对灌水器工作压力、地形坡度(下坡为负)、流态指数、灌水器间距、堵塞情况、流量偏差率、毛管管径和毛管长度与灌水均匀度的关系进行了分析与研究。研究表明,灌水均匀度对灌水器堵塞百分率的变化最为敏感,对流量偏差率的变化反应较不敏感;随地形坡度的减小,流态指数大的灌水器灌水均匀度随工作压力增加呈递减趋势,流态指数小的灌水器灌水均匀度呈递增趋势;适当增加管径可以提高灌水均匀度,但在下坡条件下,增加管径有时会降低灌水均匀度;保持毛管长度不变,灌水均匀度随灌水器间距的增大而增加;灌水器间距不变,毛管长度增加灌水均匀度降低。对灌水器典型值及其孔口位置进行分析,发现灌水器的典型值与地形坡度和流态指数关系紧密,但其孔口位置只与地面坡度关系密切,与灌水器流态指数无关。 WP=6 建立了自压和机压树状管网及自压和机压滴灌干管管网优化设计的数学模型,设计了遗传算法求解方法。综合应用了线性规划和非线性规划的优点,假定管网中每一管段最多只能由两种或一种管径的管道组成,模型及算法简单易用,优化变量少,计算精度能够满足微灌管网设计的需要,无需预先确定备选管径组,获得的管径为标准管径,也不需要进行圆整化处理。采用了全局优化搜索算法,可适用于大规模微灌管网的优化设计。 首次应用遗传算法进行微灌毛管及田间管网的水力解析和优化设计,建立了新模型,提出了新算法,为微灌毛管及田间管网水力解析和优化设计开辟了一条新思路,提出了解决微灌管网问题的新方法和新途径。应用多重群体遗传算法、模拟退火惩罚技术求解管网优化问题,保持种群的遗传多样性,扩大了搜索范围,增强了搜索作用,保证算法最终稳定收敛到全局最优解。在毛管和田间管网的水力解析与优化设计中,设计了实数编码、算术交叉算子和实数变异算子,提高了计算精度,增加了计算的方便性,保证计算结果在解的可行域内。 为每个问题编写了相应的Visual Basic6.0程序,进行了大量模拟计算、实例验证及校核分析,证明所建立的模型与算法计算精度和搜索效率高、可靠性强、收敛性和稳定性好,并且算法程序的运行时间短,具备很好的实用性和通用性。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:S277.9

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴林萍;魏小时;黄丽芳;;基于遗传算法的排桩—钢支撑支护结构优化设计[J];建筑施工;2011年05期
2 王培霞;贾育秦;;基于多目标遗传算法的光学薄膜优化设计[J];激光与光电子学进展;2011年07期
3 甘胜涛;;基于MATLAB与C#混合编程的遗传算法优化设计斜齿轮[J];现代机械;2011年03期
4 吴文浩;柳品;金英子;钱红玉;赵屹;;微型轴流风扇优化设计系统的设计实现[J];浙江理工大学学报;2011年04期
5 李夔宁;张继广;李进;郭军峰;;应用遗传算法优化设计壳管式换热器[J];重庆大学学报;2011年08期
6 何新;田金鑫;湖泊;;基于遗传算法的汽车拉式离合器膜片弹簧结构参数优化设计[J];汽车实用技术;2011年05期
7 李尊远;代慧敏;;基于遗传算法的振动压路机参数优化设计[J];建筑机械化;2011年08期
8 王飞;游有鹏;;基于遗传算法的板金自由折弯工序的优化设计[J];机械科学与技术;2011年06期
9 韩建华;刘志奇;;基于遗传算法的卸载阀结构参数优化[J];太原科技大学学报;2011年04期
10 王晓云;原思聪;罗丹;;基于混沌遗传算法的齿轮变速箱优化设计[J];机械传动;2011年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 袁萃;杨青真;段卓毅;;遗传算法在翼型优化设计中的应用研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
2 柳炳祥;曹坤;张仁宏;;改进遗传算法及其在行星齿轮传动优化中的应用[A];第10届计算机模拟与信息技术会议论文集[C];2005年
3 岳向吉;巴德纯;刘波;巴要帅;;旋片真空泵的遗传算法优化设计[A];第八届全国真空冶金与表面工程学术会议论文摘要集[C];2007年
4 冯小平;龙惟定;;基于遗传算法的集中空调水系统管网优化设计[A];全国暖通空调制冷2006年学术年会论文集[C];2006年
5 胡卫兵;杜保平;李福强;;基于ANSYS的遗传算法在结构优化设计中的应用分析[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
6 孙鲁原;韩志军;饶勇;陈昭怡;;遗传算法对桁架结构的优化设计[A];第14届全国结构工程学术会议论文集(第二册)[C];2005年
7 陈堂功;汪友华;富坤;颜威利;;循环移位遗传算法及其在继电器优化设计中的应用[A];电工理论与新技术学术年会论文集[C];2005年
8 岳向吉;巴德纯;刘波;巴要帅;;旋片真空泵的遗传算法优化设计[A];真空冶金与表面工程——第八届真空冶金与表面工程学术会议论文集[C];2007年
9 程小虎;张代胜;;基于遗传算法的动力总成悬置系统优化[A];第二十一届全国振动与噪声高技术及应用学术会议论文集[C];2008年
10 王业田;周东;吴恒;;基坑支护工程优化设计综述[A];第三届广西青年学术年会论文集(自然科学篇)[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 董旭霞 通讯员 张晓艳 施兆国;长城钻探优化设计精准化管理[N];中国石油报;2011年
2 记者 王瑶 张世敬;立足实际 优化设计 保护生态[N];大同日报;2010年
3 本刊记者 王太洪;二次优化设计创造二次财富[N];中国建设报;2004年
4 李俐娥 杨关;武仪公司通过优化设计丰富产品内涵[N];中国航空报;2007年
5 鲁晨 昊坤 宇闪;徜徉在真情铺就的回家路上[N];中国教育报;2007年
6 本报记者 李佳;把可持续发展落实到优化设计上[N];中华建筑报;2006年
7 张明通讯员 谢仕鸿;铁道部召开渝利铁路初设审查会[N];恩施日报;2008年
8 熊运福 邓国辉 龚理;通平高速公路优化设计节约林地[N];中国交通报;2010年
9 本报记者 吴林;“中国之家”技术特色[N];中国房地产报;2009年
10 林京;《神经网络和遗传算法在水科学领域的应用》将面市[N];中国水利报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王新坤;微灌管网水力解析及优化设计研究[D];西北农林科技大学;2004年
2 田方;遗传算法的改进研究及其在压缩机性能分析与优化中的应用[D];东北大学;2006年
3 黄茂杨;柴油机高压共轨燃油喷射系统[D];东南大学;2005年
4 李纯莲;药物设计中分子对接优化设计的算法和软件研究[D];大连理工大学;2004年
5 张旭;具有拓扑结构布局优化的理论及算法[D];大连理工大学;2004年
6 廖平;基于遗传算法的形状误差计算研究[D];中南大学;2002年
7 周明;高新技术产业投资环境系统研究[D];西北工业大学;2006年
8 滕海文;基于最大熵的结构两相优化设计[D];北京工业大学;2002年
9 张需溥;小型化微带天线的设计与数值分析[D];上海大学;2004年
10 杨春成;空间数据挖掘中聚类分析算法的研究[D];解放军信息工程大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 范淑敏;遗传算法在PID控制中的应用[D];北方工业大学;2007年
2 赵利侠;RAGA在深基坑工程优化设计与稳定性评价中的应用[D];合肥工业大学;2005年
3 王丽敏;偏曲轴少齿差行星减速器优化设计[D];河北工业大学;2005年
4 王承昱;遗传算法在杏花营组团污水管网设计中的应用[D];郑州大学;2006年
5 李福强;基于ANSYS平台的遗传算法在结构优化设计中的应用[D];西安建筑科技大学;2008年
6 吴琼;电磁带隙结构的优化设计[D];合肥工业大学;2005年
7 卢丽娟;遗传算法在周口沙北污水管网改扩建工程优化设计中的应用[D];郑州大学;2007年
8 李广军;需求不确定条件下的供应链网络设计[D];长沙理工大学;2009年
9 冷真龙;恒力吊架优化设计[D];西南交通大学;2005年
10 张振顶;基于计算机辅助试验的分解炉优化设计研究[D];华中科技大学;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026