computational efficiency
در نشریات گروه فنی و مهندسی-
شبیه سازی جریان سیال و تغییر شکلهای فاز جامد در محیط متخلخل یک گام مهم در مدیریت و توسعه تولید نفت در مخازن نفتی است. با توجه به این نکته که شبیه سازی این جریان در همه مقیاس ها هزینه محاسباتی بسیار بالایی دارد، روش چندمقیاسی چندفیزیکی ترکیبی در سال های اخیر توسعه یافته است. همچنین، نقش فاز جامد در رفتار سیال و نرخ برداشت از مخزن انکارناپذیر است. در تحقیق حاضر، روش ارتقا یافته چند مقیاسی چندفیزیکی ترکیبی ارایه شده است که قادر به تحلیل تغییر شکل های کشسان و خمیری در مخزن نفتی است. همچنین، تاثیر این روش بر نرخ تولید نفت از مخزن سنجیده شده است. ارتقا مدل پایه با استفاده از نظریه سطح تسلیم و قانون جریان ناهمراه و انتگرال گیری عددی ضمنی براساس الگوریتم نگاشت بازگشتی انجام گرفته است. برای نشان دادن بازدهی زمانی الگو مسیله جریان در یک محیط متخلخل سه فازی با دو لایه شیل موردبررسی قرارگرفت که علاوه بر اینکه نتایح تطابق قابل قبولی با الگوی ریزمقیاس داشتند، کارآیی زمانی بسیار بالایی با استفاده از الگوی حاضر به دست آمد. همچنین در مسیله ای دیگر مقایسه با نتایج آزمایشگاهی صورت گرفت که نتایج تطابق بسیار خوبی با داده های آزمایشگاهی داشتند. در نهایت جهت بررسی عملکرد الگو جهت منظور نمودن کرنش های خمیری بر نرخ برداشت، مسیله ای با سه نوع سنگ مخزن مورد ارزیابی قرارگرفت و مشخص شد؛ هرچه میزان سختی سنگ کمتر باشد، با توجه به مستهلک شدن بخشی از انرژی تزریق میزان برداشت نفت در زمان های اولیه کاهش می یابد که با افزایش زمان و کاهش کرنش های خمیری به حد آستانه ای همگرا می گردد.کلید واژگان: جریان سیال، نرخ تولید نفت، چند مقیاسی، تغییر شکل خمیری، کارایی محاسباتیFluid flow simulation and solid phase deformations in porous media are important steps in management and development of oil production of reservoirs. Since fluid simulation in all scales has severe computational cost, multiscale models have been developed recently. Moreover, the role of solid phase deformation in fluid flow and in oil production could not be neglected. In this research, the new mixed multiscale-multiphysics model has been developed. .the new model of mixed multiscale Multiphysics has been developed. In the present model, not only could the role of elastic deformation in the fluid flow be considered, but also, plastic deformation affecting in the oil production rate could be regarded. The development of the base geotechnical model is performed with respect to the yield surface criterion and none associated flow role theory with the aid of implicit integrating and return mapping. The results were compared with other numerical method and also experimental results and reasonable agreement were achieved. Moreover, the computational efficiency of the present model is proved through the precise analytical calculation. The results confirm that the new model could simulate an oil production rate in an appropriate manner with the high computational efficiency.Keywords: Fluid Flow, Oil Production Rate, Multiscale, Plastic deformation, Computational Efficiency
-
From the economic and technical point of view, the reduction of development periods and required resources represent a considerable benefit. For the reduction of numerical effort and processed data in numerical stress analysis, the present paper is focused onto the investigation of an efficient method for the a priori detection of a structural component’s highly stressed areas. Based on the theory of stress mode superposition and the frequency domain solution of the decoupled equations of motion, an analytically consistent approach for a priori mode superposition is presented. In this context, the influence of multiaxial loading and mode normalisation is investigated. Validation is performed on a simplified industrial model of a twist-beam rear axle.Keywords: Durability analysis, fatigue hot spot, dynamic stress analysis, high stress prediction, computational efficiency
-
This paper presents a novel solution of two dimensional (2-D) method of moments (MoM) in Cartezian coordination to calculate the source-type electric field integral equations (EFIE) arising from electromagnetic inverse scattering problems in microwave imaging (MI). The main issue is to reduce the 2-D problem into 1-D case, using decomposition the electric-type Green’s function of inhomogeneous media. In this regard, recursive formulas in spatial frequency domain are derived for both TE and TM problems and the scattering field is rewritten into upward and downward components in a recursive form. It helps us to calculate a 2-D problem using 1-D stabilized biconjugate-gradient fast Fourier transform (BCGSFFT) of the induced source and save lots of memory and time for inhomogeneous objects in MI performance. The paper provides 2-D TM and TE scattering examples for different scenarios and compares the proposed and conventional algorithms to demonstrate merits of the proposed formulas in terms of the accuracy and computational efficiency.
Keywords: BCGSFFT, computational efficiency, EFIE, microwave imaging, scattering Problem -
دست یابی به پارامترهای نشت در روش تحلیل معکوس جریان گذرا (ITA) به صورت معکوس و با حل یک مسئله برنامه ریزی غیرخطی توسط الگوریتم های فراکاوشی همچون الگوریتم ژنتیک (GA) انجام می شود. با وجود توانایی بالای روش ITA در یافتن پارامترهای نشت، استفاده از الگوریتم GA در این روش سبب می شود تا از نظر کارایی محاسباتی، نیازمند صرف هزینه و زمان محاسباتی زیادی باشد. دلیل این امر را می توان ماهیت حرکات تصادفی و تکاملی تدریجی الهام گرفته شده از طبیعت در الگوریتم GA دانست. در این پژوهش با هدف افزایش راندمان محاسباتی، استفاده از مدل های جایگزین در بخش فرایند بهینه سازی روش ITA پیشنهاد می شود. مدل جایگزین در واقع نمونه شبیه-سازی شده مدل اصلی بوده که قادر است مقدار تقریبی تابع هدف را در کسری از ثانیه محاسبه کند. نحوه به کارگیری این مدل ها در فرایند بهینه سازی در موفقیت استفاده از این روش ها تاثیر بسزایی دارد. در همین راستا دو الگوریتم دارای مدل جایگزین مبتنی بر اعضای جمعیت با عناوین Pre-selection Strategy (PS) وBest Strategy (BS) معرفی می شوند. به منظور ارزیابی و مقایسه نتایج، از یک شبکه آبرسانی با هدف یافتن پارامترهای نشت استفاده شده است. نتایج، افزایش راندمان محاسباتی را نسبت به استفاده از الگوریتم GA در روش ITA نشان دادند. الگوریتم PS توانست با کاهش 58% میزان تابع هدف و صرفه جویی زمان محاسباتی 78% نسبت به الگوریتم GA بهترین عملکرد را به خود اختصاص دهد.
کلید واژگان: الگوریتم فراکاوشی، بهینه سازی، تحلیل معکوس، جریان گذرا، راندمان محاسباتیThe leak detection parameters in the inverse transient analysis (ITA) are obtained in an inverse approach by solving a nonlinear programming problem using metaheuristic algorithms such as the genetic algorithm (GA). Despite its high capability in deriving the leak detection parameters, the ITA method is computationally complex and costly as it uses the (GA). The reason can be attributed to the random behavior and gradual evolution of this algorithm inspired by the nature. This study aimed to increase the computational efficiency by employing surrogate models in the optimization process of the ITA method. The surrogate model is in fact a simulated sample of the main model capable of approximately calculating the objective function in a fraction of a second. The way these models are integrated into the optimization model highly affects their success or failure. To this end, two algorithms incorporating population-based surrogate models, namely (Pre-selection Strategy) PS and (Best Strategy) BS, were presented. To evaluate and compare the results, a distribution network was used to identify the leak detection parameters. The results indicated an increase in the computational efficiency compared to the ITA method integrated with the (GA). The PS algorithm demonstrated the highest performance by reducing the objective function and time complexity by 58% and 78%, respectively.
Keywords: Metaheuristic algorithm, optimization, Inverse Analysis, Transient, Computational efficiency -
روش تحلیل معکوس جریان گذرا (ITA)، یکی از روش های موفق در زمینه شناسایی نشت در شبکه های آبرسانی است. با این وجود دستیابی به پارامترهای مجهول نشت مانند تعداد، مکان و مساحت نشت ها در این روش به دلیل استفاده از الگوریتم های فراکاوشی مانند الگوریتم ژنتیک (GA) نیازمند صرف هزینه و زمان محاسباتی زیادی است. هدف از این پژوهش ارایه راهکاری است که با حفظ ساختار محاسبات ITA، دقت و سرعت دسترسی به نتایج نیز افزایش یابد. در این پژوهش راهکار استفاده از مدل های جایگزین در فرایند بهینه سازی روش ITA مطرح شد. این مدل ها با تقلید از رفتار تابع هدف اصلی، تلاش می کنند با هزینه محاسباتی اندک، تا حد امکان بیشترین شباهت رفتاری را نسبت آن داشته باشند. در همین راستا الگوریتم بهینه سازی جدیدی بر پایه مدل جایگزین کریجینگ تحت عنوان الگوریتم GA-Kriging معرفی شد. در این الگوریتم با استفاده از ویژگی ساختاری مدل جایگزین کریجینگ و ارایه شاخصی به نام EI اصلاحاتی در انتخاب فرزندان الگوریتم GA انجام شد. به منظور ارزیابی الگوریتم GA-Kriging و مقایسه عملکرد آن با الگوریتم GA، از یک شبکه آبرسانی مرجع با هدف یافتن نشت استفاده شد. نتایج نشان داد که الگوریتم GA-Kriging با 52 درصد دقت بیشتر نتایج به دست آمده و صرفه جویی زمان محاسباتی به اندازه 75 درصد، نسبت به الگوریتم GA کارایی محاسباتی بیشتری دارد. این پژوهش نشان داد که استفاده مناسب از مدل های جایگزین در فرایند بهینه سازی می تواند سبب هوشمندتر شدن محاسبات، کاهش محاسبات تکراری و در نهایت، افزایش کارایی محاسباتی شود.کلید واژگان: تحلیل معکوس جریان گذرا، تعیین نشت، راندمان محاسباتی، مدل جایگزینThe inverse transient analysis (ITA) method is amongst the successful leak detection methods in water distribution networks. However, determining the unknown leakage parameters such as number, location, and area of leakages is computationally time-consuming and costly due to applying metaheuristic algorithms, like the genetic algorithm (GA). This study aimed to present a novel approach to resolve this issue in order to enhance the accuracy and speed of the ITA method while maintaining its computational structure. In this research, surrogate models were incorporated in the optimization process of the ITA method. Mimicking the behavior of the objective function, surrogate models attempt to represent the most similar behavior at a low computational cost. In this regard, a new optimization algorithm based on the Kriging surrogate model, called GA-Kriging was proposed. In this algorithm, according to the structural characteristics of the Kriging surrogate model, an EI index was presented to modify the offspring selection scheme in GA. In order to evaluate the GA-Kriging algorithm and compare its performance with the conventional GA, a reference water distribution network was considered for leak detection. The accuracy and computational efficiency of the results in the GA-Kriging algorithm were 52% and 75% higher than those of the conventional GA, respectively. The present study concluded that appropriate incorporation of surrogate models in the optimization process can make the computations more intelligent, reduce repeated computations and, ultimately, increase computational efficiency.Keywords: Inverse Transient Analysis, Leak Detection, Computational Efficiency, Surrogate Model
-
Reservoir formations exhibit a wide range of heterogeneity from micro to macro scales. A simulation that involves all of these data is highly time consuming or almost impossible; hence, a new method is needed to meet the computational cost. Moreover, the deformations of the reservoir are important not only to protect the uppermost equipment but also to simulate fluid pattern and petroleum production strategy. In this regard, multiscale multiphysic mixed geomechanical model (M3GM) is recently developed. However, applications of petroleum reservoirs through gas or water injection in the depleted reservoir are in concern. In the present paper, a multiscale finite volume framework and a finite element method are employed to simulate fluid flow and rock deformation respectively. The interactions of solid and fluid phases are instated through the M3GM framework. Then, its application in the petroleum reservoir through injection process is validated. The numerical results are compared with the fine scale simulations and reasonable agreement with high computational efficiency is obtained.Keywords: Multiscale, Petroleum Reservoir, Computational Efficiency, Interaction, Injection
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.