فهرست مطالب عنوانفحهفصل اول: مقدمه و مروري بر تحقيقات پيشين 11-1 مقدمه11-2 اهداف پايان نامه حاضر31-3 مروري بر تحقيقات پيشين31-3-1- طراحي شبکه گاز31-3-2- تئوري ساختاری6فصل دوم: مفاهيم طراحي و بهينه سازي72- 1 مقدمه ای در طراحی72- 2 فرآیند طراحی72- 3 فرايند طراحي متداول در مقابل بهينه سازي82- 4 نقش رايانه در بهينه سازي112- 5 تعريف بهينه سازي112- 6 مفاهيم بهينه سازي112- 7 تاريخچه روش هاي بهينه سازي122-8 روش هاي مختلف بهينه سازي142-8-1- روش هاي محاسباتي142-8-2- روش هاي شمارشي152-8-3- روش هاي تصادفي15فصل سوم: معادلات حاکم بر جريان درون لوله ها163- 1 حرکت سيالات تراکم ناپذير در لوله ها163-1-1- انواع رژيم جريان سيال در لوله ها163-1-1-1- جريان آرام16عنوانصفحه3-1-1-2- جريان مغشوش173-1-2- جريان آرام در لوله اي استوانه ای17محاسبه افت فشار183-1-3- جريان مغشوش در لوله هاي استوانه اي193-1-3-1- منحني توزيع سرعت ها203-1-3-2- محاسبه افت فشار223-1-4- جريان مغشوش در لوله هاي صاف223-1-5- جريان مغشوش در لوله هاي زبر233- 2 حرکت سيالات تراکم پذير در لوله ها263-2-1- مقدمه263-2-2- معادلات اساسي در حرکت سيالات تراکم پذير263-2-2-1- رابطه پيوستگي263-2-2-2- معادله حرکت273-2-2-3- رابطه انرژی273-2-2- جريان تکدما از درون لوله با قطريکنواخت28فصل چهارم: رويکرد تئوري ساختاری در طراحي شبکه هاي توزيع سيال304- 1 تئوري ساختاري304- 2 سيستم هاي در بردارنده جريان سيال354-2-1- جريان بين دو نقطه35انتخاب بهترين سطح مقطع354-2-2- اتصالT شکل و Y شکل394-2-2-1- جريان تراکم ناپذير با رژيم آرام404-2-2-2- جريان تراکم ناپذير با رژيم آشفته444-2-2-3- جريان تراکم پذير با رژيم آرام464-2-2-4- جريان تراکم پذير با رژيم آشفته494-2-3- جريان بين يک نقطه و تعدادي زيادي از نقاط514-2-3-1- شبکه درختي براي جريان سيال514-2-3-2- انواع شبکه درختي53الف) شبکه درختي تک جفتی53عنوانصفحهالف-1- جريان تراکم ناپذير با رژيم آرام54الف-2- جريان تراکم ناپذير با رژيم آشفته57الف-3- جريان تراکم پذير با رژيم آرام59الف-4- جريان تراکم پذير با رژيم آشفته61ب) شبکه درختي دو جفتی64ب-1- جريان تراکم ناپذير با رژيم آشفته64ب-2- جريان تراکم پذير با رژيم آرام69ب-3- جريان تراکم پذير با رژيم آشفته70ج) شبکه درختي سه جفتی72ج-1- جريان تراکم ناپذير با رژيم آشفته72ج-2- جريان تراکم پذير با رژيم آرام76ج-3- جريان تراکم پذير با رژيم آشفته78د)شبکه درختي با جفت دلخواه804-3 محاسبه افت فشار در حالت کلي824-3-1- جريان تراکم ناپذير با رژيم آرام834-3-2- جريان تراکم ناپذير با رژيم آشفته864-3-3- جريان تراکم پذير با رژيم آرام924-3-4- جريان تراکم پذير با رژيم آشفته944-4 شبکه درختي با کمترين طول لوله1004-4-1- کمترين طول لوله در صفحه1004-4-2- کمترين طول لوله روي ديسک1014- 5 مقايسه بين درخت بهينه و درخت با طول لوله کمينه(با فرض جريان تراکم ناپذير آرام)1054- 6 مقايسه بين درخت بهينه و درخت با طول لوله کمينه (با فرض تراکم ناپذير جريان آشفته)106فصل پنجم - بهينه سازي شبکه شاخه اي گاز با تئوري ساختاري1095-1- ويژگي هاي گاز طبيعي109عنوانصفحه5- 2 شبکه توزيع گاز110الف) شبکه شاخه اي110ب) شبکه حلقوي110ج) شبکه مختلط1105- 3 بررسي امکان بکارگيري تئوري ساختاري درسيستم شاخهاي گاز طبيعي1115-3-1- طراحي اتصالات متوالي1155-3-2- طراحي اتصالات موازي1175- 4 مدل سازي شبکه و روش حل آن1205-4-1- تابع هدف1205-4-2- قيود1215-4-3- طراحي شبکه شاخه اي توزيع گاز1215- 5 طراحي و بهينه سازي يک سيستم نمونه شاخه اي گاز طبيعي125فصل ششم – ارائهنتايج و بحث: طراحي چند شبکه گاز رساني به کمک تئوري ساختاري 1326-1 مسئله اول1336-2 مسئله دوم1436-3 مسئله سوم152فصل هفتم – جمع بندي نتايج1637-1 نتيجه گيري1637-2 پيشنهادات164منابع و ماخذ165فهرست شکل ها عنوان و شمارهصفحهشکل 2-1- الگوی تکامل سيستم8شکل 2-2- فرايند طراحي متداول9شکل 2-3- فرايند بهينه سازي10شکل 3-1- تغييرات سرعت نسبت به زمان در يک نقطه از لوله19شکل 3-2- مقايسه منحني توزيع سرعت ها در جريان آرام و مغشوش20شکل 3-3-منحني توزيع سرعت ها در لوله در حالات مختلف21شکل 3-4- تغييرات افت فشار نسبت به سرعت يا شدت جريان در حالات مختلف22شکل 3-5- تغييرات ضريب اصطکاک نسبت به تغييرات عدد رينولدز و زبري نسبي24شکل 3-6- منحني مودي25شکل 4-1- درختان به عنوان نمونه اي از ساختار هاي طبيعي بهينه31شکل 4-2- شش ها به عنوان نمونه اي ديگر از ساختارهاي خود بهينه32شکل 4-3- مقايسه شش انسان با شبکه درختي33شکل 4-4- شش انسان33شکل 4-5- جريان در حوزه رود خانه ها34شکل4-6- بکار گيري ساختار درختي در خنک کاري35شکل 4-7- جريان بين دو نقطه36شکل 4-8- انتخاب سطح مقطع39شکل 4-9- اتصال T شکل40شکل 4-10 - اتصال Y شکل45شکل 4- 11- ساختار درختي52شکل 4- 12- شبکه درختي تک جفتی53شکل 4- 13- شبکه درختي تک جفتی با سه لوله مرکزي56عنوان و شمارهصفحهشکل 4- 14- نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم ناپذير و جريان آشفته تراکم ناپذير در اختار درختي تک جفتي59شکل 4- 15-نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم پذير و جريان آشفته تراکم پذير در ساختار درختي تک جفتي64شکل 4- 16- شبکه درختي دو جفتي67شکل 4- 17- نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم ناپذير و جريان آشفته تراکم ناپذير در ساختار درختي دو جفتي68شکل 4- 18- نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم پذير و جريان آشفته تراکم پذير در ساختار درختي دو جفتي72شکل 4- 19- شبکه درختي سه جفتي75شکل 4- 20- نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم ناپذير و جريان آشفته تراکم ناپذير در ساختار درختي سه جفتي76شکل 4- 21- نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم پذير و جريان آشفته تراکم پذير در ساختار درختي سه جفتي79شکل 4- 22- شبکه درختي با تعداد جفت دلخواه80شکل 4-23- تغييرات مقاومت کل جريان بر حسب تعداد نقاط روي دايره83شکل 4-24- جهش ناگهاني در ساختار جريان85شکل 4-25- انتخاب بهترين ساختار درختي با 192 مصرف کننده86شکل 4-26- نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم ناپذير و جريان آشفته تراکم ناپذير در ساختار درختي چهار جفتي87شکل 4-27- نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم ناپذير و جريان آشفته تراکم ناپذير در ساختار درختي پنج جفتي88عنوان و شمارهصفحهشکل 4-28- نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم ناپذير و جريان آشفته تراکم ناپذير در ساختار درختي شش جفتي89شکل 4-29- نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم ناپذير و جريان آشفته تراکم ناپذير در ساختار درختي هفت جفتي90شکل4-30- تغييرات مقاومت کل جريان (f) برحسب تعداد مصرف کنندگان در جريان تراکم ناپذير آشفته91شکل4-31- تغييرات مقاومت کل جريان (f) برحسب تعداد مصرف کنندگان در جريان تراکم پذير آرام93شکل 4-32-نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم پذير و جريان آشفته تراکم پذير در ساختار درختي چهار جفتي95شکل 4-33-نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم پذير و جريان آشفته تراکم پذير در ساختار درختي پنج جفتي96شکل 4-34-نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم پذير و جريان آشفته تراکم پذير در ساختار درختي شش جفتي97شکل 4-35-نمودار تغييرات مقامت چريان f با تعداد لوله هاي مرکزي در جريان آرام تراکم پذير و جريان آشفته تراکم پذير در ساختار درختي هفت جفتي98شکل4-36- تغييرات مقاومت کل جريان (f) برحسب تعداد مصرف کنندگان در جريان تراکم ناپذير آشفته99شکل 4-37- شبکه درختي با کمترين طول لوله در صفحه100شکل 4-38- شبکه درختي با کمترين طول لوله روي ديسک102شکل 4-39- درخت بهينه و درخت با طول لوله کمينه105شکل 4-40- نمودار تغييرات مقاومت کل جريان با تعداد مصرف کنندگان106شکل 4-41- منحني تغييرات مقامت چريان بر حسب تعداد جفت ها107شکل 4-42- منحني تغييرات مقامت چريان بر حسب تعداد لوله ها108شکل 5-1- اتصال با انشعابات موازي112شکل 5-2- نقشه محل لوله هاي شبکه شاخه اي113شکل 5-3- نقشه گره شکل 5-2114عنوان و شمارهصفحهشکل 5-4- مسير توزيع گاز در شبکه شاخه اي 5-2115شکل5-5- اتصال دو شاخه اي در محل گره از شبکه شاخه اي شکل 5-4117شکل 5-6- اتصال دو شاخه اي119شکل 5-7- شبکه توزيع گاز123شکل 5-8- الگوريتم طراحي شبکه شاخه اي گاز124شکل 5-9- خط اصلي لوله گاز در ورودي يک روستا125شکل5-10- شماره ومحل لوله ها شبکه شاخه ای متقارن شکل 5-9126شکل5-11- جهت جريان گاز در شبکه شاخه ای متقارن شکل 5-9127شکل5-12- طول لوله ها در شبکه شاخه ای متقارن شکل 5-9127شکل5-13- قطر لوله ها در شبکه شاخه ای متقارن شکل 5-9128شکل5-14- مقايسه بين قطرهاي طراحي شده و قطرهاي بهينه براي هر لوله131شکل6-1- شبکه شاخه اي توزيع گاز مسئله اول133شکل6-2- نقشه گره مساله اول134شکل6-3- شماره و محل لوله ها شبکه شاخه اي مساله اول136شکل6-4- جهت جريان گاز در شبکه شاخه اي مساله اول138شکل6-5- طول لوله ها در شبکه شاخه اي مساله اول139شکل6-6- قطر لوله ها در شبکه شاخه اي مساله اول141شکل6-7- دومين شبکه شاخه اي مورد بررسي143شکل6-8- نقشه گره مساله دوم144شکل6-9- شماره و محل لوله ها شبکه شاخه اي مساله دوم145شکل6-10- جهت جريان گاز در شبکه شاخه اي مساله دوم147شکل6-11- طول لوله ها در شبکه شاخه اي مساله دوم148شکل6-12- قطر لوله ها در شبکه شاخه اي مساله دوم150شکل6-13- سومين شبکه شاخه اي مورد بررسي152شکل6-14- نقشه گره مساله سوم153شکل6-15- شماره و محل لوله ها شبکه شاخه اي مساله سوم154شکل6-16- جهت جريان گاز در شبکه شاخه اي مساله سوم157شکل6-17- طول لوله ها در شبکه شاخه اي مساله سوم158شکل6-19- قطر لوله ها در شبکه شاخه اي مساله سوم161عنوان و شمارهصفحهشکل6-21- منحني تغييرات هزينه در مسيرهاي شبکه مسئله سوم165 فهرست جدول ها عنوان و شمارهصفحهجدول 4-1- مقاومت در جريان آرام براي لوله هاي مستقيم38جدول 4-2- مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم ناپذير براي درخت تک جفتي58جدول 4-3-مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم پذير براي درخت تک جفتي63جدول 4-4- مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم ناپذير براي درخت دو جفتي68جدول 4-5- مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم پذير براي درخت دو جفتي71جدول4-6- مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم ناپذير براي درخت سه جفتي76جدول 4-7- مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم پذير براي درخت سه جفتي79جدول 4-8- مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم ناپذير براي درخت چهار جفتي87جدول 4-9- مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم ناپذير براي درخت پنج جفتي88جدول 4-10- مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم ناپذير براي درخت شش جفتي89جدول4-11- مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم ناپذير براي درخت هفت جفتي90جدول 4-12- مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم پذير براي درخت چهار جفتي95جدول 4-13- مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم پذير براي درخت پنج جفتي96جدول 4-14- مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم پذير براي درخت شش جفتي97عنوان و شمارهصفحهجدول 4-15- مقايسه مقامت چريان در جريان آرام و آشفته تراکم پذير براي درخت هفت جفتي98جدول5-1- مقادير طول لوله ها و دبي گاز خروجي از گره ها126جدول5-2- نتايج بدست آمده براي قطر لوله ها و سرعت درون آنها129جدول5-3- مقادير فشار خروجي در گره ها130جدول 6-1- اطلاعات لوله هاي موجود135جدول 6-2- مقادير طول لوله ها و دبي گاز خروجي از گره ها ي مسئله اول137جدول 6-3- نتايج به دست آمده مربوط به انتخاب قطر و سرعت گاز درون لوله ها در مساله اول140جدول 6-4- نتايج به دست آمده مربوط به فشار خروجي در گره ها در مساله اول142جدول 6-5- مقادير طول لوله ها و دبي گاز خروجي از گره ها ي مسئله دوم146جدول 6-6- نتايج به دست آمده مربوط به انتخاب قطر و سرعت گاز درون لوله ها در مساله دوم149جدول 6-7- نتايج به دست آمده مربوط به فشار خروجي در گره ها در مساله دوم151جدول 6-8- مقادير طول لوله ها و دبي گاز خروجي از گره ها ي مسئله سوم155جدول 6-9- نتايج به دست آمده مربوط به انتخاب قطر و سرعت گاز درون لوله ها در مساله دوم159جدول 6-10- نتايج به دست آمده مربوط به فشار خروجي در مسئله سوم162 فهرست نشانه هاي اختصاری بيان کنندهنام نشانه اختصاريطول المان روي ديسک ( متر)aسطح مقطع لوله (مجذور متر)Aعرض المان روي ديسک ( متر)bطول االمان مستطيلي در صفحه (متر)cسرعت صوت (متر بر ثانيه)Cقطر لوله در دياگرام مودي يا طول واحد نفوذ (متر)dقطر لوله (متر)Dضريب افت در لوله (پاسکال)fشتاب جاذبه زمين (مجذور متر بر ثانيه)gشدت جريان وزني سيال (نيوتن بر ثانيه)Gانتالپي مخصوص سيالhقطر المان روي ديسک ( متر)lطول لوله (متر)Lنسبت دبي جرمي دو لوله متواليnتعداد نقاط روي دايرهNتعداد لوله ها در مرکز ديسکميزان گرماي انتقالي (ژول)qدبي حجمي سيال (متر مکعب بر ثانيه)Qشعاع لوله (متر)rثابت عمومي گاز هاR بيان کننده نام نشانه اختصاريسرعت طولي (متربر ثانيه)uسرعت متوسط جريان در لوله (متربر ثانيه)سرعت بيشينه جريان در لوله (متربر ثانيه)فاصله افقي (متر)xفاصله عمودي از محور لوله ( متر)yنسبت دو قطر متواليwفشار (پاسکال)Pعدد ماخMحجم کل سيال درون لوله ها ( متر مکعب)Vارتفاع نسبي سيال نسبت به سطح مبنا (متر)Zتغييرات فشار در طول لوله (پاسکال)ΔPافت فشار (پاسکال)Reويژگي هندسي سيستمSvثابت پوازيهPoافت فشار کل در لوله براي جريان آرام (پاسکال)افت فشار کل در لوله براي جريان آشفته (پاسکال)دماي ميانگين سيال در لوله (کلوين)شدت جريان جرمي سيال (کيلو گرم بر ثانيه)افت فشار ناشي از اصطکاک (پاسکال) بيان کنندهنام نشانه اختصاري یونانيزاويه بين دو لينک مرکزي بر روي ديسک ( درجه)αزاويه بين دو لينک محيطي بر روي ديسک ( درجه)βوزن مخصوص سيال (نيوتن بر متر مکعب)γضريب لاگرانژ براي طول لولهΓضخامت شعاعي (متر)δزاويه بين دو المان شعاعي روي ديسک (درجه)θضريب سيالت تراکم پذيرλضريب لاگرانژ براي قطر لولهΛلزجت ديناميک (کيلو گرم بر متر ثانيه)µنسبت طول دو لوله متواليξلزجت سينماتيک(مجذور متر بر ثانيه)υعدد پيΠچگالي سيال (کيلو گرم بر متر مکعب)ρتنش برشي ناشي از گرانروي (پاسکال)τتابع لاگرانژ براي قطرφتابع لاگرانژ براي طول لولهψفصل اول - مقدمه وتحقيقات پيشين 1-1- مقدمه انسان همواره در جهان اطراف خود به دنبال یافته هاي جديدي است. اما در اين ميان آنچه اهميت دارد نگاه عالمانه به جهان مي باشد که بتوان با بهره گيري از آن نگاه، پديده هاي مختلف را مورد موشکافي قرار داده و به ايده ها ي جديدي دست يافت که راهگشاي گوشه اي از مشکلات زندگي بشر امروز باشد. خداوند متعال در آفرينش جهان نظم و قانون خاصی حکمفرما کرده است، اين مساله ميتواند توجه انسان را در کشف رمز و راز اين قوانين برانگيزد. به عنوان مثال چرا درختان در هنگام تابش آفتاب طوري شاخه هاي خود را به حرکت در مي آورند که در ساعات مختلف روز استفاده کافي از نور را داشته باشند و يا اينکه چگونه هنگام بارش باران، آب باران کوتاه ترين مسير را براي رسيدن به رودخانه ها طي ميکند. البته اين نگاه انسان فقط به پديده هاي جهان اطراف ختم نمي شود، مثلا ساز و کار اندام هاي موجود در بدن انسان، آشنايي بيشتر با آنها مي تواند سوال هاي جديدي را در ذهن انسان ايجاد کند. به عنوان مثال چرا بافت هاي شش انسان منبسط و منقبض مي گردند و ... تنها پاسخ گويي به اين نوع سوالات راهگشاي مشکلات نخواهد بود بلکه دستيابي به ايده هاي جديد و پياده سازي آن بطور عملي در علم روز بايد هدف قرار گيرد.نظم حاکم در جهان هستي و پديده هاي موجود در طبيعت همواره دست مايه محققين در آفرينش ايده هاي جديد بوده است. يکي از اين ايده هاي جديد که به صورت يک تئوري بيان شده، تئوري ساختاري است. همانطور که از نام اين تئوري مشخص مي شود از نظم ساختاري موجود در پديده هاي طبيعي الهام گرفته شده است.تئوري ساختاری در واقع يک پيشزمينه ايست که در طراحي ساختار جريان بکار مي رود. پايهو اساس آن مي تواند يک اصل فيزيکي برگرفته از طبيعت باشد، اين از آنجا ناشي مي گردد که سيستمهاي جريان طبيعي داراي ساختار بهينه هستند. در نتيجه ايده دستيابي به ساختار بهينه را محققين از پديده هاي طبيعي گرفته اند]1[.از طرفي پروژه ها نمايانگر توسعه پايدار در هر کشور مي باشد. یکي از پروژهايي که در هر کشور بخصوص کشورهاي نفت خيز در حال توسعه اهميت بسيار زيادي دارد، انتقال و توزيع نفت و گاز از طريق خطوط لوله مي باشد. اقتصاد اين کشورها به شدت بستگي به عمليات روان و بدون نقص اين خطوط دارد و همچنين امروزه با توجه نياز جامعه، افزايش رو به رشد جمعيت و محدوديت در منابع، استفاده از روش هاي نوين براي بهينه سازي سيستم هاي انتقال و توزيع اين منابع (نفت وگاز) از اهميت زياد و قابل توجهي برخوردار است.البته ممکن است که با بکارگيري تکنيک هاي پيشرفته، پروسه هاي طراحي و بهينه سازي پيچيده تر گردد. اما با بکارگيري همزمان رياضيات و استفاده از رايانه به عنوان ابزاري در حل بسيار دقيق، ميتوان اين مشکل را حل کرد.در اين پايان نامه طراحي و بهينه سازي شبکه هاي توزيع گاز شهري و روستايي مورد مطالعه قرار گرفته است. که ابتدا به معرفي اين نوع سيستم هاي توزيع گاز پرداخته شده و در ادامه طراحي و بهينه سازي آن مورد بررسي قرارگرفته شده است.يک شبکه توزيع گاز داراي چند خط اصلي[1] است که گاز را از ايستگاه تقليل فشار وارد شهر کرده و به دست مصرف کنندگان مي رساند]2[.اصولا در طراحي شبکه توزيع گاز سرعت، فشار وشدت جريان گاز و قطر لوله ها از پارامترهاي موثر در طراحي هستند که بر روي یکديگر تاثير متقابل دارند. عموما جريان در شبکه توزيع گاز در حالت دائمي فرض مي شود.با توجه به متغيرهاي فراواني که در شبکه توزيع گاز وجود دارد با استفاده از رايانه و بهره گيري از يک روش بهينه سازي مناسب مي توان هزينه نهايي سيستم را کمينه کرد.در واقع هدف از اين تحقيق کاهش هزينه ها نهايي براي شبکه شاخه اي توزيع گاز مي باشد. بدين منظور از روش تئوري ساختاري به عنوان يک روش نوين در طراحي سيستم شاخه اي توزيع گاز طبيعي و بهينه سازي آن استفاده مي گردد.درادامه اين فصل مروري بر تحقيقات پيشين صورت مي پذيرد.در فصل دوم مفاهيم کلي طراحي و بهينه سازي بيان گرديده و همچنين مقايسه اي بين طراحي همراه با فرآيند بهينه سازي با طراحي متداول[2] انجام گرفته است. تاريخچه بهينه سازي، روش هاي مختلف بهينه سازي[3] و الگوي بهينه سازي استاندارد از جمله مواردي است که در ادامه اين فصل شرح داده مي شود.معادلات حاکم بر جريان هاي تراکم پذير و تراکم ناپذير با رژيم هاي آرام و آشفته درون لوله هاي صاف و لوله هاي زبر در فصل سوم اين پايان نامه ارائه مي گردد.در فصل چهارم روش طراحي با تئوري ساختاري و چگونگي استفاده از آن براي طراحي و بهينه سازي سيستم هاي مختلف توزيع سيال شرح داده شده است.امکان بکارگيري تئوري ساختاري براي شبکه شاخه اي گاز در فصل پنجم مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين در اين فصل روش طراحي و بهينه سازي در قالب يک الگوريتم بر مبناي سعي وخطا بيان شده است. درانتهاي فصل پنجم يک ساختار ساده شاخه اي گاز به عنوان نمونه انتخاب و بر اساس روش حل پيشنهادي طراحي مي گردد تا کارايي تئوري ساختاري در بهينه سازي شبکه شاخه اي گاز مورد ارزيابي قرار گيرد.