کاربرد الگوریتم ژنتیک در طراحی بهینه بازیاب های گرمایی تابشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی شهر، خمینی شهر، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

در این مطالعه، کاربرد الگوریتم ژنتیک در طراحی بهینه ابعاد هندسی بازیاب های گرمایی تابشی با آرایش جریان مخالف از دیدگاه اقتصادی با هدف دستیابی به حداقل هزینه ساخت و بهره­برداری ارائه شده است. بازیاب های تابشی برای بازیافت گرما از گازهای احتراق خروجی از کوره­های صنعتی دما بالا و پیشگرم کردن هوای احتراق کاربرد فراوان دارند. در این مقاله محاسبات گرمایی بازیاب با در نظر گرفتن تابش و بر مبنای روش اختلاف دمای متوسط لگاریتمی انجام شده است. از تابع هزینه کل سالیانه شامل هزینه های سرمایه­گذاری اولیه و بهره­برداری به عنوان تابع هدف برای بهینه­سازی هندسی بازیاب تابشی استفاده شده است. به کمک الگوریتم ژنتیک مقادیر بهینه ابعاد هندسی بازیاب گرمایی بر مبنای روش­های بهینه سازی تکاملی به گونه­ای تعیین شده­اند که مقدار تابع هدف کمینه شود. بررسی صحت محاسبات طراحی و نتایج بهینه­سازی با اعمال روش ارائه شده روی سه مورد مطالعاتی از مراجع ذکر شده، انجام شده است. تطبیق نتایج نشان می­دهد که از روش پیشنهادی می­توان به عنوان روشی کارآمدتر از روشهای سعی و خطا در طراحی بهینه اقتصادی بازیاب‌های تابشی استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


[1]     Sharma H., Kumar A., Goel V., Performance model of metallic concentric tube recuperator with counter flow arrangement, Heat Mass Transfer, Vol. 46, pp. 295-304, 2010.
[2]     Sharma H., Kumar A., Goel V., Performance analysis of metallic concentric tube recuperator in parallel flow arrangement, Int. J. of Heat and Mass Transfer, Vol. 55, pp. 7760-7771, 2012.
[3]     Mediokritskii E.L., Gaponov V.L., Loginov V.E., Study of heat transfer in recuparators by computer models, Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Vol. 70, No. 1, pp. 119-124, 1997.
[4]     Kim W.B., An analysis of the prediction of temperature distribution in an annular radiative recuperator, Int. J. of Energy Research, Vol. 23, pp. 637-647, 1999.
[5]     Voelkel D.D., Dmcropera F.P., performance model for  a radiation recuperator, Heat Transfer Engineering, Vol. 5, pp.74-84, 1984.
[6]     Marnell C.J., development of the reradiant recuperator, proceeding from the first Industrial Energy Technology Conference Houston, pp. 607-619, 1979.
[7]     Karczewski K., Universal method of calculation of radiation recuperators with microfinned surface, Metallurgy and fundy engineering, Vol. 31, pp. 129-138, 2005.
[8]     Oyelami A.T., Adjuyigbe S.B., The design of a radiation recuprator heat exchanger for a 200 Kg capacity Rotary furnaces, Assumption university Journal of technology {AU J.T. 10(2)}, pp. 101-108, 2006.
[9]     Oyelami A.T., Adjuyigbe S.B., Waheed M.A., Performance evaluation of recuperative heat exchanger in rotary furnace, Proceeding of the world congress on engineering, Vol. III, pp. 1766-1772, 2012.
[10] Saurav S., Anoop K., Jitendra Kc., Naveen K., Performance appraisal of high temperature annular recuperator with parallel flow configuration using fluent, Discovery, The International Daily Journal, pp. 84-96, 2014.
[11] Kim Y.G., Choi B., Kim K., Jeong J.H., Performance analysis and optimal design of heat exchangers used in high temperature and high pressure system, International Journal of Aeronautical & Space Science, Vol. 11, pp. 19-25,  2010.
[12] Baadache K., Bougriou C., Optimization of the design of shell and double concentric tubes heat exchanger using the genetic Algorithm, Heat and Mass Transfer, Vol. 51, pp. 1371-1381, 2015.
[13] Xie G., Wang Q., Sunden B., Application of a Genetic algorithm for thermal design of fin-and-tube heat exchangers, Heat Transfer Engineering, Vol. 29, pp. 597-607, 2008.
[14] El-Fawal M.M., Fahmy A.A., Taher B.M.,  Modeling of economical design of shell and tube type heat exchanger using specified pressure drop, Journal of American Science, pp. 32-40, 2011.
[15] Fettaka S., Thibault J., Gupta Y., Design of shell and tube heat exchangers using multiobjective optimization, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 60, pp. 343-354, 2013.
[16] Jena S., Patro P., Behera S.S., Multi-Objective optimization of design parameters of a shell and tube type heat exchanger using Genetic algorithm, International Journal of current Engineering and Technology, Vol. 3, NO. 4, pp. 1379-1386, 2013.
[17] Ahmadi P., Hajabdollahi H., Dincer I., Cost and entropy generation minimization of a cross-flow plat fin heat exchanger using multi-objective Genetic algorithm, Journal of Heat Transfer-Transaction of the ASME, Vol. 133(2), pp. 021801-021801-10- 2010.
[18] Taal M.. Bulatov I., Kelems J., stehlik P., Cost estimation and energy price forecast economic evaluation of retrofit projects, Applied Thermal Engineering, Vol. 23, No. 14, pp. 1819-1835, 2003.
[19] siegel R., Howell J.R., Thermal radiation heat transfer, 4th Eddition, pp. 464-473, Taylor and Francis, New York, 2001.
[20] Incropera F.P., Dewitt D.P., T.L. Bergman, A.S. Lavine, Introduction to heat transfer, 5th Edition, pp. 802-808, John wily and Sons, 2007.