مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدل‎سازی حرارتی - هیدرولیکی و بهینه‎سازی مبدل‎های حرارتی چندجریانی صفحه‎ای- فین‎دار با فین‎های مستطیلی با استفاده از الگوریتم ژنتیک

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، گروه سیستم‌های انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران
2 استاد دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی
3 استادیار، گروه مکانیک، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران
چکیده
در این مقاله، به منظور مدل‎سازی و بهینه‎سازی مبدل‎های حرارتی صفحه‎ای- فین‎دار چندجریانی با فین‎های مستطیلی یک روش شرح و بسط داده می‎شود. روشی که به منظور مدل‎سازی حرارتی این نوع مبدل‎های حرارتی در این مقاله پیشنهاد می‎گردد، بر مبنای یکنواخت‎سازی حرارتی کلیه جریان‎های حرارتی موجود می‎باشد. بر این مبنا جریان‎های حرارتی موجود در یک مبدل حرارتی چند جریانی با در نظرگرفتن دو اصل توزیع مساوی جریان های حرارتی در هر کانال و اصل یکنواخت سازی عملکرد حرارتی در هر کانال در آن توزیع می‎گردد. در این روش با رسم منحنی ترکیبی مربوط به جریان‎های حرارتی موجود می‎توان بازه‎های آنتالپی در کل مبدل حرارتی را تعیین نمود. این بازه‎های آنتالپی هر یک به صورت مستقل طراحی شده و سپس با استفاده از تغییر افت فشار در هر بازه به کمک تغییر پارامترهای هندسی فین‎ها، ارتفاع تمام این بازه‎های طراحی شده یکسان می‎گردد. مدل‎سازی هندسی، حرارتی و هیدرولیکی این نوع مبدل حرارتی بر مبنای پارامترهای هندسی فین‎های مستطیلی انجام و کمینه‎سازی هزینه نهایی سالیانه شامل مجموع هزینه‎های سرمایه‎گذاری و عملیاتی در نظرگرفته شده است. متغیرهای اصلی این مساله پارامترهای هندسی فین‎ها مانند گام، ارتفاع و ضخامت فین می‎باشد. از الگوریتم ژنتیک به عنوان ابزار بهینه‎سازی تابع هدف در این مقاله استفاده شده است. روش ارایه شده بر یک مطالعه موردی اعمال و نتایج مستخرج از روش حاضر با نتایج مراجع دیگر مقایسه شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Hydraulic and Thermal Modeling and Optimization of Rectangular Finned Multi Stream Plate-Fin Heat Exchangers by Genetic Algorithm

نویسندگان English

Amir Farhang Sotoodeh 1
Majid Amidpour 2
Mehrangiz Ghazi 3
چکیده English

The modeling and optimization of a rectangular finned multi stream plate-fin heat exchangers is presented in this paper. The proposed method for thermal modeling of this type of heat exchangers is based on uniform heat distribution along the plates. So, the heat streams are distributed along the multi stream heat exchanger based on two principles: equal quantity of stream channel distribution and uniform heat distribution in each of the channels. The geometric, thermal and hydraulic modeling and design of the multi stream heat exchanger is carried out based on rectangular fin specifications. The total annual cost (TAC), the summation of capital investment and operating and maintenance costs are regarded as objective function to be minimized. The main variables are heat exchanger core dimension such as length, width, height and the fin geometric parameters such as fin pitch and height. The genetic algorithm is utilized as optimization tool to minimize the total annual cost of the multi stream plate fin heat exchanger. The proposed method is applied to a case study. The results of the current method is compared with the literatures.

کلیدواژه‌ها English

Multi Stream Plate- Fin Heat Exchanger
Rectangular Fin
Total Annual Cost
Pressure drop
Uniform Heat Distribution