利用粒子族群演算法研究多孔放流管之優化設計

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姓名

李岱衛(Tai-Wei Li) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

利用粒子族群演算法研究多孔放流管之優化設計
(Particle Swarm Optimization are used to investigate the optimal design of multiport diffuser systems)

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摘要(中)

本研究利用粒子族群演算法來研究多孔放流管的最佳設計方案，放流管內部的流速和排放口流量計算採用管流能量的方程式，計算結果並與動量法和實驗數據比較，有不錯的結果。研究案例包括均勻管徑及非均勻管徑放流管，其中優化的參數包括有擴散管長度、擴散管直徑、豎管直徑、豎管數目，提出較佳的設計組合，並建議非均勻管徑放流管的最佳管長配比及最佳管徑比例。研究結果顯示：大型的海放管設計中，非均勻管徑均優於均勻管徑之設計方式。除此之外，在相同的適合度函數下，本研究還比較粒子族群演算法和遺傳演算法的搜尋結果，以瞭解優化模式對優化結果的影響。依照本研究所提出的設計建議，不僅可維持放流水的稀釋率標準，亦可大幅降低放流管加壓站所需的加壓水頭，並且降低管內泥沙淤積情況，增加放流管使用年限。本研究針對適合度函數和各種限制式進行深入的探討，以求取海洋放流管之最佳設計組合，以作為設計放流管參考之依據。

摘要(英)

In this study, Particle Swarm Optimization (PSO) are used to investigate the optimal design of multiport diffuser systems. The internal hydraulics of diffuser are calculated by the energy equation of pipe flow, and the flow rate and velocity distribution inside the diffuser pipe show good agreement with experimental results. Then, this model is integrated with the Particle Swarm Optimization scheme to find out the optimal combination of diffuser parameters, such as diffuser length, diameters of diffuser and port, and number of risers. The results of optimization are compared with the results of Genetic Algorithm. In addition, non-uniform diffuser has better performance, in terms of pumping head and velocity range, as compared with the uniform diameter diffuser.

關鍵字(中)

★ 演算法
★ 多孔放流管
★ 遺傳演算法
★ 最佳化
★ 粒子群

關鍵字(英)

★ Optimal design
★ Multiport diffuser
★ Particle Swarm Optimization
★ PSO
★ Genetic Algorithm

論文目次

摘要 I
目錄 Ⅲ
圖目錄 VI
表目錄 VIII
符號表 X
第一章緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 本文架構 2
第二章多孔放流管 3
2.1 簡介 3
2.2 放流管的水力計算 4
2.2.1 短豎管之水力計算 5
2.2.2 長豎管之水力計算 9
2.3 近域稀釋率計算 14
2.3.1 基本參數 15
2.3.2 稀釋率計算 16
2.4 海洋放流近域模式 19
第三章優化的方法 26
3.1 優化方法的定義 26
3.2 常見優化方法應用簡介 27
3.3粒子族群演算法 33
3.3.1 發展背景 33
3.3.2 演算過程 33
3.3.3 相關應用與發展 35
3.4多目標最佳化 35
3.5 本研究基本優化模式建構 37
3.6 相關領域優化成果 38
第四章結果與討論 44
4.1擴散管水力模式驗證 44
4.1.1 均勻管徑程式驗證 44
4.1.2 非均勻管徑程式驗證 45
4.2 比較面積比限制 46
4.2.1 短豎管的面積比限制 46
4.2.2 長豎管的面積比限制 47
4.3 PSO與GA優化結果 47
4.3.1 短豎管優化結果 48
4.3.2 長豎管優化結果 48
4.4 非均勻管徑優化結果 49
4.4.1 擴散管總長與最佳長度配比 49
4.4.2 擴散管管徑與最佳長度配比 50
4.4.3 最佳管徑比例 51
4.4.4 長短豎管之非均勻管徑優化結果 51
第五章結論與建議 95
5.1 結論 95
5.2 建議 96
參考文獻 97
附錄 100

參考文獻

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指導教授

朱佳仁(Chia R. Chu)

審核日期

2007-7-20

推文