طراحی بهینه‌ی یک مبادله‌کن فشرده‌ی گرما جهت بازیابی حرارت با الگوریتم زنبور عسل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی

2 استادیار، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی

3 دانشیار، دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی

چکیده

در این مقاله، به مدل‌سازی و بهینه‌سازی یک مبادله‌کن گرمای صفحه‌‌ای پره‌دار به منظور بازیابی حرارت در سیستم‌های تولید همزمان برق و حرارت پرداخته شده است. متغیرهای طراحی جهت بهینه‌سازی مبادله‌کن گرما شامل طول جریان‌های گرم وسرد، تعداد لایه‌ها، گام، طول نیزه، ضخامت و ارتفاع پره می‌باشند. کارآیی مبادله‌کن و هزینه سالیانه کلی سیستم (مجموع هزینه‏ی سرمایه‏گذاری اولیه وعملکرد) به‏عنوان دو تابع هدف متفاوت در نظر گرفته شده‌اند. با توجه به اینکه با افزایش کارآیی (مطلوب)، سطح حرارتی و افت‏فشار (هزینه‌ی سالیانه کلی) افزایش می‌یابند (نامطلوب)، بنابراین به ‏‏جای یک جواب خاص، به جواب‌هایی متعادل نیاز است که تمام توابع هدف را به‌صورت همزمان برآورده کند. در این مطالعه از الگوریتم چندهدفه‎ی زنبور عسل (MOBA) جهت بهبود هر دو تابع هدف استفاده شده است و مجموعه‏ جواب‌ها به‏وسیله منحنی پاریتو نشان داده شده‏است. در نهایت، به ‏منظور اثبات کارآیی الگوریتم پیشنهادی، نتایج به‏دست آمده با نمونه مورد مطالعه از مراجع، مقایسه شده که در تعدادی از نقاط طراحی، بهتر از نتایج مرجع می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


[1] Shah, R. K., Sekulic, D. P., “Fundamentals of heat Exchanger design”, New York, John Wiley, 2003. [2] Mishra, M., Das, P. K., Sarangi, S., "Second law based optimization of cross flow plate-fin heat exchanger design using genetic algorithm", Applied Thermal Engineering, vol. 29, pp. 2983-2989, 2009. [3] Sanaye, S., Hajabdollahi, H., "Thermal-economic multi-objective optimization of plate fin heat exchanger using genetic algorithm", Applied Energy, vol. 87, no. 6, pp. 1893-1902,2010. [4] Yousefi, M., Enayatifar, R., Darus, A. N., "Optimal Design of plate-fin Heat Exchangers by a hybrid evolutionar algorithm", International Communications in Heat and Mass Transfer, pp. 1-6, 2011. [5] Xie, G. N., Sunden, B., Wang Q.W., "Optimization of compact heat exchangers by a genetic algorithm", Applied Thermal Engineering,vol. 28, pp. 895-906, 2008. [6] صنایع، سپهر، حاج عبداللهی، حسن، [6] صنایع، سپهر، حاج عبداللهی، حسن، [7] Ahmadi, P., Hajabdollahi, H., "cost and entropy generation minimization of a cross flow plate fin heat exchanger using multi objective genetic algorithm", Journal of Heat Transfer, vol. 133, 2011. [8] Najafi, H., Najafi, B., Hoseinpoori, P., "Energy and cost optimization of a plate fin heat exchanger using genetic algorithm", Applied Thermal Engineering, vol. 31, pp. 1839-1847,2011. [9] Rao, R. V., Patel, V. K., "Thermodynamic optimization of cross flow plate-fin heat exchanger using a particle swarm optimization algorithm", International Journal of Thermal Science, vol. 49, no. 9, pp. 1712-1721, 2010. [10] Peng, H., Xiang, L., "Optimal design approach for the plate-fin heat exchangers using neural networks cooperated with genetic algorithms", Applied Thermal Engineering, vol. 28, pp. 642-650,2008. [11] Yousefi, M., Darus, A. N., Mohammadi, H., "An imperialist competitive algorithm for optimal design of plate-fin heat exchangers", International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 55, no. 11-12,, pp. 3178-3185, 2012. [12] Rao, R. V., Patel, V. K., "Multi-objective optimization of heat exchangers using a modified teaching-learning based optimization algorithm", Applied Mathematical Modeling, pp.1-16,2012. [13]Pham, D.T., Ghanbarzadeh, A., Otri, S., "Optimal Design of Mechanical Components Using the Bees algorithm", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, vol. 28, pp. 101-114, 2009. 14] Pham, D.T., Ghanbarzadeh, A., . "Multi-Objective Optimization using the Bees Algorithm", In 3rd International Virtual Conference on Intelligent Production Machines and Systems: Whittles, Dunbeath, Scotland, vol. 242, pp. 111-116, 2007. [15] Incropera, F. P., DeWitt, D.P., “Fundamentals of heat and mass transfer”, John Wiley and Sons,Inc, 1998. [16] Joshi, H.M., Webb, R. L., "Heat transfer and friction in the offset strip-fin heat exchanger", International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 30, no.1, pp.69-84, 1987. [17] Pham, D. T., Ghanbarzadeh, A., Koc, E., Otri, S., Rahim, S., and Zaidi, M., "The Bees Algorithm. A Novel Tool for Complex Optimization Problems", In Proceedings of the 2nd International Virtual Conference on Intelligent Production Machines and Systems, Elsevier Oxford, pp. 454-459, 2006. [18] Pham, D.T., Ghanbarzadeh, A., . "Multi-Objective optimization using the Bees Algorithm", In 3rd International Virtual Conference on Intelligent Production Machines. and Systems (IPROMS 2007): Whittles, Dunbeath, Scotland, vol. 242, pp. 111-116, 2007. [19] Konak, A., Coit, D., Smith,A., "Multi-objective optimization using genetic algorithm", a tutorial, Reliability Engineering and System Safety, vol. 91, pp. 992-1007, 2006.