طراحی بهینه سیستم انتقال پمپ‌دار در مقابل ضربه قوچ ناشی از توقف ناگهانی پمپ با استفاده از دو روش الگوریتم ژنتیک و بهینه‌سازی ریاضی

در سالهای اخیر طراحی بهینه سیستم‌های انتقال آب به طور قابل ملاحظه‌ای مورد توجه واقع شده ‌است. در این تحقیق مسئله طراحی بهینه قطر و ضخامت لوله‌های سیستم انتقال با استفاده از دو روش الگوریتم ژنتیک و  بهینه‌سازی ریاضی به گونه‌ای که توقف ناگهانی پمپ به بروز پدیده جدایی ستون آب و افزایش فشار خط لوله منجر نشود مد نظر قرارگرفته است، همچنین قابلیتهای روشهای مورد نظر، بررسی و ارزیابی شده‌ است. این مقایسه با فرض پیوسته بودن قطر و ضخامت لوله‌ها صورت گرفته که در مورد پروژه‌های بزرگ و خاص موضوعیت می‌یابد. بدیهی است در سیستم‌های با ظرفیت کم که امکان استفاده از لوله‌های تیپ موجود در بازار در فرآیند طراحی وجود دارد، روشهای برنامه‌ریزی ریاضی از قابلیت بالایی برخوردار نبوده و استفاده از الگوریتم ژنتیک موضوعیت بیشتری خواهد داشت. برای شبیه‌سازی جریان‌گذرا از روش خطوط مشخصه‌‌‌ صریح که در آن، لوله‌ها به عنوان استخوان‌بندی و سایر تجهیزات همچون پمپ، به عنوان شرایط مرزی تعریف می‌شوند استفاده شده است. مسئله طراحی بهینه سیستم انتقال همان‌گونه که از طبیعت آن مشخص است، مسئله‌ای مقید است که حل آن نیازمند استفاده از روشهای بهینه‌سازی مقید است. در این تحقیق از روشی نامقید برای طراحی بهینه سیستم انتقال استفاده شده ‌است که این امر نیازمند تبدیل مسئله مقید مورد نظر به مسئله‌ای نامقید است. به این منظور از توابع جریمه خارجی به عنوان روشی برای تبدیل مسئله اصلی مقید به مسئله‌ای نامقید استفاده شده‌ است. مسئله نامقید حاصل با استفاده از روشهای بهینه‌سازی ریاضی و الگوریتم ژنتیک حل شده و کارآیی روش‌ با حل یک مثال عددی بررسی شده ‌است. در فرآیند شبیه‌سازی  نشان داده شد که با افزایش قطر لوله‌ها، اثرات توقف ناگهانی پمپ به ویژه مقدار فشار منفی ایجاد شده و جدایی ستون آب ناشی از آن، کاهش می‌یابد. همچنین بهینه‌سازی صورت پذیرفته ‌، باعث جلوگیری از ایجاد موج منفی در محل پمپ، حرکت معکوس جریان آب، افزایش فشار در خط لوله رانش و کاهش فشار در خط لوله مکش سیستم شده ‌است.