بهينه‌ سازي پارامترهاي هندسي مبادله‌ كن‌هاي صفحه‌اي پره‌دار در شبكه مبادله‌ كن‌هاي گرمايي با استفاده از الگوريتم تكامل تفاضلي

Optimization of the Geometrical Parameters of Plate-Fin Heat exchangers in a Heat Exchanger Network Using Differential Evolution Algorithm

در اين مقاله، با در نظر گرفتن هزينه نهايي به عنوان تابع هدف، به بهينه­ سازي مبادله ­كن ­هاي موجود در يك شبكه مبادله­ كن­ هاي گرمايي از نوع صفحه­ اي پره ­دار پرداخته مي­شود. به اين منظور، مدلسازي هندسي، هيدروليكي و گرمايي مبادله ­كن ­هاي صفحه ­پره موجود در شبكه مبادله­ كن گرمايي بر اساس انتخاب پره و مشخصات هندسي، مبناي بهينه­ سازي مي­ باشد. در اين مرحله با استفاده از الگوريتم محاسبه سطح ارائه شده و الگوريتم تكامل تفاضلي، پنجاه و هفت نوع پره استاندارد و گسسته با ده پارامتر­ هندسي مختلف (β، fs، δ، dh، τ، s،a ، b،x و y)، به نحوي در دو سمت گرم و سرد مبادله­ كن­ هاي شبكه انتخاب مي­ شوند، تا هزينه نهايي كمينه شود. با جايگذاري پره­هاي بهينه توسط الگوريتم تكامل تفاضلي در مبادله­ كن ­هاي جريان مخالف شبكه، مقادير مساحت كل شبكه، هزينه يوتيليتي، هزينه سرمايه­ گذاري، هزينه پمپاژ سيال و هزينه نهايي محاسبه شدند. نتايج نشان مي­دهد كه هزينه نهايي شبكه با آرايش بهينه پره ­ها توسط الگوريتم تكامل تفاضلي در مقايسه با هزينه نهايي با آرايش تصادفي پره­ ها، كمتر مي ­باشد.

In this paper, considering the total annual cost as the objective function, the plate-fin heat exchangers in a network are optimized. Considering the geometrical parameters of the fins, the geometrical, hydraulic and thermal modeling of the plate-finned heat exchangers are performed which is the basis of the optimization. Using the differential evolution and the area computing algorithms the optimum fin arrangements in the heat exchangers are obtained for counter-flow case. Fifty-seven standard and discrete fin types with ten different geometrical parameters (β, fs, δ, dh, τ, s, a, b, x and y) as optimization variables are substituted in both hot and cold sides of the heat exchangers with the purpose of minimizing the objective function. Replacing the optimal fin arrangements for the heat exchangers network, total heat transfer area of the network, utility, capital, total pumping, and investment costs are computed. According to the results, the total annual cost of the network with optimal fin arrangements by DE algorithm for the heat exchangers of network is smaller than the corresponding value with randomly selected fin in heat exchangers of network.