بهینه‌سازی مبدل حرارتی پوسته-لوله با بافل منفذدار کواترفویل با استفاده از الگوریتم‌های فراابتکاری

الموضوعات : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکی

سید ایمان هاشمی مرغملکی ¹ , هادی اسکندری ²

1 - کارشناس ارشد، شرکت نفت و گاز اروندان، خرمشهر ، ایران.
2 - عضو هیئت علمی دانشگاه صنعت نفت ، آبادان، ایران.

تاريخ الإرسال : 29 الجمعة , جمادى الأولى, 1444 تاريخ التأكيد : 17 الخميس , شعبان, 1444 تاريخ الإصدار : 29 الإثنين , رجب, 1444

الکلمات المفتاحية: الگوریتم گرگ خاکستری, بهینه سازی چند هدفه, بافل منفذدار کواترفویل, الگوریتم ژنتیک, بهینه سازی تک هدفه,

ملخص المقالة :

در این پژوهش، مشخصه های حرارتی و هیدرولیکی سمت پوسته مبدل حرارتی پوسته-لوله با بافل منفذدار کواترفویل به وسیله الگوریتم های فراابتکاری گرگ خاکستری و ژنتیک به صورت تک هدفه و چند هدفه بهینه سازی می شود. تابع های هدف، ظرفیت انتقال حرارت برای مقدار بیشینه و اتلاف فشار برای مقدار کمینه می باشد. متغیرهای مبدل حرارتی پوسته-لوله برای بهینه سازی عبارتند از: قطر و تعداد لوله ها، عدد رینولدز، فاصله بین بافل ها و ارتفاع منفذ کواترفویل. مقادیر بهینه شده برای آرایش مربع و مثلث دسته لوله ها به دست آمده است. نتایج نشان داده است که برای بیشترین انتقال حرارت بافل کواترفویل مقادیر قطر لوله 03/0 متر، تعداد لوله ها 30 عدد، مقدار عدد رینولدز 20000، ارتفاع منفذ 0018/0 متر و فاصله بین بافل ها 15/0 متر است. برای کمترین مقدار افت فشار قطر لوله ها 03/0 متر برای آرایش مربع و 01/0 متر برای آرایش مثلث، عدد رینولدز 5000، ارتفاع منفذ 003/0 متر و فاصله بین بافل ها 25/0 متر است. در بهینه سازی چند هدفه قطر لوله ها 03/0 متر و تعداد لوله ها 30 عدد حاصل شده است. بهینه سازی به وسیله الگوریتم گرگ خاکستری والگوریتم ژنتیک نتایج یکسانی برای مبدل حرارتی پوسته-لوله با بافل کواتر فویل در بر داشته است.

المصادر:

[1]   Guo, W., Zhao, R., Hu, K., Huang, D., Zhao, Y., (2023), Two-phase refrigerant maldistribution and optimization design in novel alternatively-laminated-microchannel-tube (ALMT) heat exchangers with vertical headers. International Journal of Refrigeration.

[2]    Mohapatra, S., Das, D. K. Singh, A. K. (2023), Mechanical design of plate-fin heat exchangers for industry using social learning chaotic based Kho-Kho optimization. Annals of Nuclear Energy 181: p 109517.

[3]  Zhang, T., Chen, L., Wang, J., (2023), Multi-objective optimization of elliptical tube fin heat exchanger based on neural networks and genetic algorithm. Energy: p 126729.

[4]    Feng, Y., Xu, R., Cao, Y., Wu, X., Liang, C., Zhang, L., (2023), Optimization of H-type finned tube heat exchangers with combinations of longitudinal vortex generator, dimples/protrusions and grooves by Taguchi method. International Communications in Heat and Mass Transfer 143: p 106709.

[5]   Liu, P., Han, H., and Bao, Z., (2022), Multi-objective optimization of fuel–air tube-in-tube helical coil heat exchangers for cooled cooling air system applied in aeroengines. Aerospace Science and Technology 130: p 107933.

[6]  Zhu, K., Chang, Z., ,Li M., Sun, L., Li, S., Xu, H., Xu, M., ,Sang M., Ye, R., Han, R., (2023), Design, optimization and experimental testing of 2 K cryogenic plate-fin heat exchanger. Applied Thermal Engineering 223: p 119973.

[7]  Zaniewski, D., Klimaszewski, P., Klonowicz, P., Witanowski, Ł., Lampart, P., Jędrzejewski, Ł., Suchocki, T., (2023), Organic Rankine Cycle turbogenerator cooling–optimization of the generator water jacket heat exchange surface. Applied Thermal Engineering: p 120041.

[8]  Zhengyong, J., Mengjie, S., Chaobin, D., Yuyan, J., Pun, W. M., Hang, C. C. Y., (2023), Two mathematical models of flow boiling and flow instability in rectangular expanding microchannel heat exchangers and structure optimization.  Applied Thermal Engineering: p 120483.

[9]   Rao, R. V., and Majethia, M., (2022), Design optimization of shell-and-tube heat exchanger using Rao algorithms and their variants. Thermal Science and Engineering Progress 36: p 101520.

[10] Zhang, X., Han, D., He, W., Yue, C. Pu, W., (2017), Numerical simulation on a novel shell-and-tube heat exchanger with screw cinquefoil orifice baffles. Advances in Mechanical Engineering 9(8): 1687814017717665.

[11] Jena, S., Patro, P., Behera, S. S. (2013), Multi-objective optimization of design parameters of a shell & tube type heat exchanger using genetic algorithm. International Journal of Current Engineering and Technology 3(4): pp 1379-1386.

 [12] Wang, D., Wang, H., Xing, J., Wang, Y., (2021), Investigation of the thermal-hydraulic characteristics in the shell side of heat exchanger with quatrefoil perforated plate. International Journal of Thermal Sciences 159: 106580.