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https://github.com/deepseek-ai/DeepSeek-V3.git
synced 2025-04-19 10:08:59 -04:00
Create function Meidanshahi_Complete_gaoptimset()
This commit is contained in:
is05
GitHub
parent
a878eada08
commit
4792f3f5bb
476
function Meidanshahi_Complete_gaoptimset()
Normal file
476
function Meidanshahi_Complete_gaoptimset()
Normal file
@ -0,0 +1,476 @@
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function Meidanshahi_Complete_gaoptimset()
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%--------------------------------------------------------------------------
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% MEIDANSHAHI_COMPLETE_GAOPTIMSET :
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% Script complet en un seul fichier pour l'optimisation du dessalage
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% électrostatique (PBE). Identique à la version 'optimoptions', sauf
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% qu'on utilise 'gaoptimset' pour configurer ga().
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%
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% Optimisation de 4 variables (X, Qd, T, X_recycle) :
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% 0) X ∈ [0..10] % (taux eau de lavage)
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% 1) Qd ∈ [0..5] L/h (désémulsifiant)
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% 2) T ∈ [50..120] °C (température)
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% 3) X_recycle ∈ [0..100] % (recyclage purge)
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%
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% Objectif : minimiser f = (salinité / 40) - (efficacité / 100).
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%--------------------------------------------------------------------------
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%% 1. PARAMÈTRES GLOBAUX, PHYSIQUES ET DISCRÉTISATION
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% Densités (kg/m³)
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rho_h2o = 1000;
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rho_oil = 850;
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% Viscosités
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mu_water = 1e-3; % eau
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A_mu = 11.98;
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B_mu = 0.0198; % => mu_oil = A_mu * exp(-B_mu*(T en K))
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% Tension interfaciale
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sigma_base = 0.03; % ~30 mN/m
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% Gravité, permittivité
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g = 9.81;
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epsilon0 = 8.854e-12;
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% Vanne de mélange
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DeltaP_valve = 1e5; % Pa
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t_res_valve = 0.1; % s
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v_char_valve = sqrt(2*DeltaP_valve / rho_oil);
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% Cassure / coalescence
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We_crit = 1.0;
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Ca_crit = 0.5;
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K_break = 1.0;
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K_coal = 1.0;
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% Brute initiale
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initial_water_frac = 0.03; % ~3 %
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initial_salt_conc = 100; % mg sel / L brut
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oil_flow_Lh = 1e5; % 100 m³/h => 100000 L/h
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% Temps de séjour dessaleurs
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t_res_desalter = 60; % s
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dt_desalter = 1; % s (pas)
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% Séparation gravitaire
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d_sep = 3e-4; % 300 µm
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% Recyclage
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recycle_tol = 1e-3;
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% Désémulsifiant
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a_sigma = 1;
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b_sigma = 0.1;
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sigma_min_factor = 0.01;
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% Champ électrique (AC)
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E_field = 3e5; % 3 kV/cm => 300000 V/m
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% Discrétisation PBE (méthode des classes)
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N_classes = 20;
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d_min = 1e-6; % 1 µm
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d_max = 1e-3; % 1 mm
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d_classes = logspace(log10(d_min), log10(d_max), N_classes);
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v_classes = (pi/6)*d_classes.^3;
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lambda = d_min; % échelle turbulence
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%% 2. OPTIMISATION AVEC gaoptimset (pour versions MATLAB plus anciennes)
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% Bornes : [X, Qd, T, X_recycle]
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lb = [0, 0, 50, 0 ];
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ub = [10, 5, 120, 100 ];
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% Définition des options via gaoptimset
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opts = gaoptimset('Display','iter', ...
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'PopulationSize',20, ...
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'Generations',20);
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% Remarque : si vous aviez un MATLAB plus récent ET le Global Optimization Toolbox,
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% vous pourriez mettre 'MaxGenerations' => 'Generations'.
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% Mais sur de vieilles versions, le param s'appelle 'Generations'.
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% Appel de ga (4 variables)
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[opt_vars, fval] = ga(@(vars) localObj(vars, ...
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rho_h2o, rho_oil, mu_water, A_mu, B_mu, sigma_base, g, epsilon0, ...
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initial_water_frac, initial_salt_conc, ...
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t_res_desalter, dt_desalter, d_sep, recycle_tol, oil_flow_Lh, ...
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a_sigma, b_sigma, sigma_min_factor, ...
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DeltaP_valve, t_res_valve, v_char_valve, ...
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We_crit, Ca_crit, K_break, K_coal, lambda, ...
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d_classes, v_classes, N_classes, E_field), ...
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4, [], [], [], [], lb, ub, [], opts);
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X_opt = opt_vars(1);
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Qd_opt = opt_vars(2);
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T_opt = opt_vars(3);
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Xrec_opt = opt_vars(4);
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% Simulation finale
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[sal_opt, eff_opt, prof_opt] = simulateDesalting(X_opt, Qd_opt, T_opt, Xrec_opt, ...
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rho_h2o, rho_oil, mu_water, A_mu, B_mu, sigma_base, g, epsilon0, ...
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|
initial_water_frac, initial_salt_conc, ...
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|
t_res_desalter, dt_desalter, d_sep, recycle_tol, oil_flow_Lh, ...
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a_sigma, b_sigma, sigma_min_factor, ...
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|
DeltaP_valve, t_res_valve, v_char_valve, ...
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We_crit, Ca_crit, K_break, K_coal, lambda, ...
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d_classes, v_classes, N_classes, E_field);
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% Affichage
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fprintf('\n=== Résultats Optimaux (gaoptimset) ===\n');
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fprintf('X = %.2f %%\n', X_opt);
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fprintf('Qd = %.2f L/h\n', Qd_opt);
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fprintf('T = %.1f °C\n', T_opt);
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fprintf('X_recycle = %.1f %%\n', Xrec_opt);
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fprintf('Salinité = %.2f mg/L\n', sal_opt);
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fprintf('Efficacité = %.1f %%\n', eff_opt);
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fprintf('fval = %.2f\n', fval);
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%% 3. FIGURES : DISTRIBUTION & ANALYSE DE SENSIBILITÉ
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% 3.1 Distribution granulométrique
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N_init = prof_opt.initial.N;
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N_mix = prof_opt.afterMix.N;
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N_d1 = prof_opt.afterDesal1.N;
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N_d2 = prof_opt.afterDesal2.N;
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vol_init = N_init.*v_classes;
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vol_mix = N_mix .*v_classes;
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vol_d1 = N_d1 .*v_classes;
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vol_d2 = N_d2 .*v_classes;
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sum_init = sum(vol_init);
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pct_init = 100*(vol_init / sum_init);
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pct_mix = 100*(vol_mix / sum_init);
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pct_d1 = 100*(vol_d1 / sum_init);
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pct_d2 = 100*(vol_d2 / sum_init);
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figure;
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semilogx(d_classes*1e6, pct_init,'-k','LineWidth',1.5); hold on;
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semilogx(d_classes*1e6, pct_mix ,'--b','LineWidth',1.5);
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|
semilogx(d_classes*1e6, pct_d1 ,'-.r','LineWidth',1.5);
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|
semilogx(d_classes*1e6, pct_d2 ,':m','LineWidth',2);
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hold off;
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xlabel('Diamètre (µm)');
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ylabel('Volume eau (%) relatif à l''initial');
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legend('Initial','Après vanne','Après 1er dessal','Après 2e dessal','Location','best');
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title('Distribution de taille des gouttelettes (gaoptimset)');
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grid on;
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% 3.2 Analyse de sensibilité
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vars_base = [X_opt, Qd_opt, T_opt, Xrec_opt];
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var_names = {'X(%)','Qd(L/h)','T(°C)','X_{recycle}(%)'};
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var_ranges = {
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linspace(0,10,6),
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||||||
|
linspace(0,5,6),
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linspace(50,120,6),
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|
linspace(0,100,6)
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};
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for v=1:4
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vals = var_ranges{v};
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sal_vals = zeros(size(vals));
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eff_vals = zeros(size(vals));
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for i=1:length(vals)
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testVars = vars_base;
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testVars(v) = vals(i);
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[sal_vals(i), eff_vals(i)] = simulateDesalting(testVars(1), testVars(2), testVars(3), testVars(4), ...
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||||||
|
rho_h2o, rho_oil, mu_water, A_mu, B_mu, sigma_base, g, epsilon0, ...
|
||||||
|
initial_water_frac, initial_salt_conc, ...
|
||||||
|
t_res_desalter, dt_desalter, d_sep, recycle_tol, oil_flow_Lh, ...
|
||||||
|
a_sigma, b_sigma, sigma_min_factor, ...
|
||||||
|
DeltaP_valve, t_res_valve, v_char_valve, ...
|
||||||
|
We_crit, Ca_crit, K_break, K_coal, lambda, ...
|
||||||
|
d_classes, v_classes, N_classes, E_field);
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||||||
|
end
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figure;
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yyaxis left;
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plot(vals, sal_vals,'-o','LineWidth',1.5); ylabel('Salinité (mg/L)');
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yyaxis right;
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plot(vals, eff_vals,'-s','LineWidth',1.5); ylabel('Efficacité (%)');
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xlabel(var_names{v});
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|
legend('Salinité','Efficacité','Location','best'); grid on;
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|
title(['Sensibilité : ' var_names{v} ' (gaoptimset)']);
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|
end
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|
end
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%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
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%%% FONCTIONS LOCALES (mêmes que précédemment) %%%
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%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
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function f = localObj(vars, ...
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rho_h2o, rho_oil, mu_water, A_mu, B_mu, sigma_base, g, epsilon0, ...
|
||||||
|
initial_water_frac, initial_salt_conc, ...
|
||||||
|
t_res_desalter, dt_desalter, d_sep, recycle_tol, oil_flow_Lh, ...
|
||||||
|
a_sigma, b_sigma, sigma_min_factor, ...
|
||||||
|
DeltaP_valve, t_res_valve, v_char_valve, ...
|
||||||
|
We_crit, Ca_crit, K_break, K_coal, lambda, ...
|
||||||
|
d_classes, v_classes, N_classes, E_field)
|
||||||
|
|
||||||
|
[sal, eff] = simulateDesalting(vars(1), vars(2), vars(3), vars(4), ...
|
||||||
|
rho_h2o, rho_oil, mu_water, A_mu, B_mu, sigma_base, g, epsilon0, ...
|
||||||
|
initial_water_frac, initial_salt_conc, ...
|
||||||
|
t_res_desalter, dt_desalter, d_sep, recycle_tol, oil_flow_Lh, ...
|
||||||
|
a_sigma, b_sigma, sigma_min_factor, ...
|
||||||
|
DeltaP_valve, t_res_valve, v_char_valve, ...
|
||||||
|
We_crit, Ca_crit, K_break, K_coal, lambda, ...
|
||||||
|
d_classes, v_classes, N_classes, E_field);
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||||||
|
% objectif = (sal / 40) - (eff / 100)
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f = (sal/40) - (eff/100);
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end
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function [sal_out, eff_out, dist_profiles] = simulateDesalting( ...
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||||||
|
X, Qd, T, X_recycle, ...
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||||||
|
rho_h2o, rho_oil, mu_water, A_mu, B_mu, sigma_base, g, epsilon0, ...
|
||||||
|
initial_water_frac, initial_salt_conc, ...
|
||||||
|
t_res_desalter, dt_desalter, d_sep, recycle_tol, oil_flow_Lh, ...
|
||||||
|
a_sigma, b_sigma, sigma_min_factor, ...
|
||||||
|
DeltaP_valve, t_res_valve, v_char_valve, ...
|
||||||
|
We_crit, Ca_crit, K_break, K_coal, lambda, ...
|
||||||
|
d_classes, v_classes, N_classes, E_field)
|
||||||
|
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|
% Viscosité de l'huile en fonction de T
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T_K = T + 273.15;
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mu_oil_local = A_mu * exp(-B_mu * T_K);
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% Désémulsifiant => sigma local
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conc_demul = Qd / oil_flow_Lh;
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||||||
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sigma_local = sigma_base*(1 - a_sigma*(conc_demul)/(b_sigma + conc_demul));
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||||||
|
if sigma_local < sigma_min_factor*sigma_base
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||||||
|
sigma_local = sigma_min_factor*sigma_base;
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||||||
|
end
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||||||
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||||||
|
% Eau de lavage + recycle
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X_frac = X/100;
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|
recycle_frac = X_recycle/100;
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||||||
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||||||
|
water_feed_guess = initial_water_frac + X_frac;
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||||||
|
s_out=0; e_out=0; p_out=struct(); w_left=0;
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||||||
|
|
||||||
|
for iter=1:20
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||||||
|
water_feed_frac = initial_water_frac + X_frac + ...
|
||||||
|
recycle_frac*(water_feed_guess - initial_water_frac - X_frac);
|
||||||
|
|
||||||
|
[s_out,e_out,p_out,w_left] = oneSimulationStep(water_feed_frac, mu_oil_local, sigma_local, ...
|
||||||
|
rho_h2o, rho_oil, mu_water, ...
|
||||||
|
initial_water_frac, initial_salt_conc, ...
|
||||||
|
t_res_desalter, dt_desalter, d_sep, ...
|
||||||
|
DeltaP_valve, t_res_valve, v_char_valve, ...
|
||||||
|
We_crit, Ca_crit, K_break, K_coal, lambda, ...
|
||||||
|
d_classes, v_classes, N_classes, E_field, ...
|
||||||
|
g, epsilon0);
|
||||||
|
|
||||||
|
water_purged = water_feed_frac - w_left;
|
||||||
|
new_feed = initial_water_frac + X_frac + recycle_frac*water_purged;
|
||||||
|
if abs(new_feed - water_feed_frac)<recycle_tol
|
||||||
|
break;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
water_feed_guess = new_feed;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
if X_recycle==0
|
||||||
|
[s_out,e_out,p_out,~] = oneSimulationStep(water_feed_guess, mu_oil_local, sigma_local, ...
|
||||||
|
rho_h2o, rho_oil, mu_water, ...
|
||||||
|
initial_water_frac, initial_salt_conc, ...
|
||||||
|
t_res_desalter, dt_desalter, d_sep, ...
|
||||||
|
DeltaP_valve, t_res_valve, v_char_valve, ...
|
||||||
|
We_crit, Ca_crit, K_break, K_coal, lambda, ...
|
||||||
|
d_classes, v_classes, N_classes, E_field, ...
|
||||||
|
g, epsilon0);
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
sal_out = s_out;
|
||||||
|
eff_out = e_out;
|
||||||
|
dist_profiles = p_out;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
|
||||||
|
function [sal_out, eff_out, profiles, water_left_frac] = oneSimulationStep( ...
|
||||||
|
water_feed_frac, mu_oil_local, sigma_local, ...
|
||||||
|
rho_h2o, rho_oil, mu_water, ...
|
||||||
|
initial_water_frac, initial_salt_conc, ...
|
||||||
|
t_res_desalter, dt_desalter, d_sep, ...
|
||||||
|
DeltaP_valve, t_res_valve, v_char_valve, ...
|
||||||
|
We_crit, Ca_crit, K_break, K_coal, lambda, ...
|
||||||
|
d_classes, v_classes, N_classes, E_field, ...
|
||||||
|
g, epsilon0)
|
||||||
|
|
||||||
|
%% Distribution initiale
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||||||
|
N0 = zeros(1,N_classes);
|
||||||
|
tot_water_vol = water_feed_frac;
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||||||
|
idx_max = N_classes; idx_sub = N_classes-1;
|
||||||
|
vol_max = v_classes(idx_max);
|
||||||
|
vol_sub = v_classes(idx_sub);
|
||||||
|
vol_in_max = 0.9*tot_water_vol;
|
||||||
|
vol_in_sub = 0.1*tot_water_vol;
|
||||||
|
N0(idx_max) = vol_in_max/vol_max;
|
||||||
|
N0(idx_sub) = vol_in_sub/vol_sub;
|
||||||
|
|
||||||
|
%% Cassure (vanne)
|
||||||
|
Ca_valve = mu_oil_local * v_char_valve / sigma_local;
|
||||||
|
d_min_loc = d_classes(1);
|
||||||
|
We_valve = rho_oil*(v_char_valve^2)* d_min_loc / sigma_local;
|
||||||
|
|
||||||
|
N_afterMix = solveBreakagePBE(N0, Ca_valve, We_valve, mu_oil_local, ...
|
||||||
|
DeltaP_valve, t_res_valve, rho_oil, K_break, We_crit, Ca_crit, lambda, ...
|
||||||
|
d_classes, v_classes, N_classes);
|
||||||
|
|
||||||
|
%% 1er dessaleur => coalescence
|
||||||
|
N_afterDesal1 = solveCoalescence(N_afterMix, mu_oil_local, sigma_local, ...
|
||||||
|
rho_h2o, rho_oil, mu_water, t_res_desalter, dt_desalter, ...
|
||||||
|
d_sep, K_coal, E_field, g, epsilon0, d_classes, v_classes, N_classes);
|
||||||
|
|
||||||
|
for i=1:N_classes
|
||||||
|
if d_classes(i)>= d_sep
|
||||||
|
N_afterDesal1(i)=0;
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
|
||||||
|
%% 2e dessaleur => coalescence
|
||||||
|
N_afterDesal2 = solveCoalescence(N_afterDesal1, mu_oil_local, sigma_local, ...
|
||||||
|
rho_h2o, rho_oil, mu_water, t_res_desalter, dt_desalter, ...
|
||||||
|
d_sep, K_coal, E_field, g, epsilon0, d_classes, v_classes, N_classes);
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for i=1:N_classes
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if d_classes(i)>= d_sep
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N_afterDesal2(i)=0;
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end
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|
end
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water_left_frac = sum(N_afterDesal2.*v_classes);
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salt_conc_eau = initial_salt_conc / water_feed_frac;
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sal_out = salt_conc_eau * water_left_frac;
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eff_out = (initial_salt_conc - sal_out)/initial_salt_conc*100;
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if eff_out>100
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eff_out=100;
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|
end
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profiles.initial.N = N0;
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profiles.initial.water_frac = tot_water_vol;
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profiles.afterMix.N = N_afterMix;
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||||||
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profiles.afterMix.water_frac = sum(N_afterMix.*v_classes);
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||||||
|
profiles.afterDesal1.N = N_afterDesal1;
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||||||
|
profiles.afterDesal1.water_frac = sum(N_afterDesal1.*v_classes);
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||||||
|
profiles.afterDesal2.N = N_afterDesal2;
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||||||
|
profiles.afterDesal2.water_frac = water_left_frac;
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|
end
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|
function N_out = solveBreakagePBE(N_in, Ca_valve, We_valve, mu_oil_local, ...
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|
DeltaP_valve, t_res_valve, rho_oil, K_break, We_crit, Ca_crit, lambda, ...
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d_classes, v_classes, N_classes)
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dtv = t_res_valve/10;
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N_current = N_in;
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for step=1:10
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births = zeros(1,N_classes);
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deaths = zeros(1,N_classes);
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for k=1:N_classes
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|
if N_current(k)<=0, continue; end
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|
g_k = local_g(d_classes(k), Ca_valve, We_valve, mu_oil_local, ...
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||||||
|
DeltaP_valve, t_res_valve, rho_oil, K_break, We_crit, Ca_crit, lambda);
|
||||||
|
if g_k<=0, continue; end
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|
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|
nb_breaks = g_k*N_current(k)*dtv;
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nb_breaks = min(nb_breaks, N_current(k));
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|
if nb_breaks<=0, continue; end
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|
v0 = v_classes(k);
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|
for i=1:(k-1)
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v_mid = v_classes(i);
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|
f_val = breakage_distribution(v_mid, v0);
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|
vol_to_i = f_val*v0;
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|
num_frag = vol_to_i / v_mid;
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||||||
|
births(i) = births(i) + nb_breaks*num_frag;
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|
end
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|
deaths(k) = deaths(k) + nb_breaks;
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||||||
|
end
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|
N_current = N_current + births - deaths;
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|
N_current(N_current<0)=0;
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|
end
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|
N_out = N_current;
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|
end
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|
function val_g = local_g(dk, Ca_valve, We_valve, mu_oil_local, ...
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|
DeltaP_valve, t_res_valve, rho_oil, K_break, We_crit, Ca_crit, lambda)
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|
if Ca_valve<=Ca_crit
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|
val_g=0;
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|
return;
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|
end
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|
val_g = K_break * 63.927 * ((We_valve^(11/5))/We_crit) * ...
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|
sqrt((DeltaP_valve/(t_res_valve*rho_oil))/mu_oil_local) * ...
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|
(Ca_valve^2.2) * (dk/(2*lambda))^(4/5);
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|
end
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|
function f_val = breakage_distribution(v, v0)
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% Distribution gaussienne (Coulaloglou-Tavlarides)
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f_val = 2.4./v0 .* exp(-4.5.*( (2.*v - v0).^2 ./ v0.^2 ));
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end
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|
function N_out = solveCoalescence(N_in, mu_oil_local, sigma_local, ...
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|
rho_h2o, rho_oil, mu_water, t_res_desalter, dt_desalter, ...
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|
d_sep, K_coal, E_field, g, epsilon0, d_classes, v_classes, N_classes)
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|
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|
N_current = N_in;
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|
steps = floor(t_res_desalter/dt_desalter);
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for s=1:steps
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births = zeros(1,N_classes);
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|
deaths = zeros(1,N_classes);
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|
vol_water = sum(N_current.*v_classes);
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|
delta = min(vol_water,0.999);
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|
mu_ratio = mu_water/mu_oil_local;
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|
for i=1:N_classes
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for j=i:N_classes
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|
if N_current(i)<=0 || N_current(j)<=0, continue; end
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|
beta_ij = K_coal * pi*(d_classes(i)+d_classes(j))^2 * ...
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|
((mu_ratio+1)/((3*mu_ratio+2)*mu_oil_local)*abs(rho_h2o-rho_oil)*(d_classes(i)/2)^2*(1-delta^2)*g);
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||||||
|
eff_coal = collision_eff_withEF(delta, d_classes(i), E_field, ...
|
||||||
|
epsilon0, rho_h2o, rho_oil, g);
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||||||
|
beta_ij = beta_ij * eff_coal;
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|
col = beta_ij * N_current(i)*N_current(j)*dt_desalter;
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|
if i==j
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col=0.5*col;
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|
end
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|
col=min(col, min(N_current(i),N_current(j)));
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||||||
|
if col>0
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|
v_new = v_classes(i)+v_classes(j);
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|
[~, k] = min(abs(v_classes - v_new));
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|
births(k)= births(k)+ col;
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|
deaths(i)= deaths(i)+ col;
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|
deaths(j)= deaths(j)+ col;
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|
end
|
||||||
|
end
|
||||||
|
end
|
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|
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|
N_current = N_current + births - deaths;
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|
N_current(N_current<0)=0;
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|
end
|
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|
N_out = N_current;
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||||||
|
end
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|
function eff_val = collision_eff_withEF(delta, d_i, E, epsilon0, rho_h2o, rho_oil, g)
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||||||
|
eff_val = 0.45 * ( ...
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||||||
|
(2.*delta.*abs(rho_h2o - rho_oil).*(1-delta).*g.*(d_i/2).^3) ./ ...
|
||||||
|
(3.*epsilon0.*(1+delta).^2.*E.^2) ...
|
||||||
|
).^(-0.55);
|
||||||
|
end
|
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