Optimization of Heat Transfer Enhancement of a Domestic Gas Burner Based on Pareto Genetic Algorithm: Experimental and Numerical Approach

در مطالعه حاضر افزايش راندمان حرارتي يك بخاري گازسوز خانگي بوسيله افزايش انتقال حرارت از گازهاي دودكش مورد بررسي قرار مي گيرد. انتقال حرارت مي تواند بوسيله قراردادن موانعي در مسير جريان و در نزديكي جداره گرم محفظه احتراق افزايش يابد. ابتدا براي دستيابي به ماكزيمم راندمان حرارتي، هندسه مانع با استفاده از الگوريتم ژنتيك چند هدفه بهينه سازي مي شود به گونه اي كه انتقال حرات ماكزيمم و اصطكاك سطحي مينيمم باشد. سپس نمونه سه بعدي بخاري، مدل سازي شده و معادلات بقاي جرم، ممنتوم، انرژي و گونه ها به روش حجم محدود حل مي گردد. همچنين صحت نتايج عددي با نتايج آزمايشگاهي مورد بررسي قرارگرفته و اثر مانع بر روي افزايش انتقال حرارت به طور عددي و آزمايشگاهي مطالعه مي شود. نتايج نشان مي دهد مانع بهينه، يك مثلث به مساحت نسبي 4/12 ميليمتر مربع مي باشد. همچنين نتايج نشان مي دهد موانع بهينه، سبب افزايش راندمان حرارتي به ميزان 7/2% نسبت به حالت بدون مانع مي شود.

The present study attempts to improve heat transfer efficiency of a domestic gas burner by enhancing heat transfer from flue gases. Heat transfer can be augmented using the obstacles that are inserted into the flow field near the the heated wall of the domsetic gas burner. First, to achive the maximum efficiency, the insert geometry is optimized by the multi-objective genetic algorithm, so that heat transfer is maximized while minimizing the skin frication. Then, the heating unit is modeled as a three dimensional physical domain. The conservation equations of mass, momentum, energy and species are discretized over the meshing system of control volumes in the domain. The experimental set-up is equally established to measure and validate the numerical results. The effect of the inserts on heat transfer enhancement is studied both numerically and experimentally. The results show that the optimal insert is a triangle with the scaled area of 12.4 mm2. Also, the results indicate that the optimal inserts led to the improvement of heat transfer efficiency by 2.7% compared with the case of similar environment with no insert.