بررسي طراحي بهينه مبادله‌كن حرارتي پوسته و لوله به همراه نانوذرات

investigating of optimum design of shell and tube heat exchanger with nanoparticles

كار حاضر به طراحي بهينه مبادله‌كن حرارتي پوسته و لوله به همراه نانوذرات اكسيدروي(ZnO) مي‌پردازد. براي مدل‌سازي حرارتي از روش ε-NTU استفاده شده است. بهينه سازي براي افزايش كارايي و كاهش هزينه كلي توسط الگوريتم ژنتيك چند هدفه(NSGA-II) انجام شده است. نه متغير طراحي شامل جانمايي لوله، قطرلوله، نسبت گام لوله، طول لوله، تعداد لوله، نسبت فضاي بفل، نسبت برش بفل، اختصاص جريان و همچنين غلظت حجمي نانوذرات در نظر گرفته شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه جبهه بهينه پرتو در حالت نانوذرات نسبت به جبهه بهينه پرتو در حالت بدون نانوذرات بهبود يافته است، به عنوان نمونه براي حل بهينه نهايي، كارايي و هزينه كلي مبادله‌كن حرارتي به ترتيب 5.62% و 12.12% نسبت به حالت بدون نانوذرات بهبود يافته است. همچنين تاثير نانوذرات بر تعدادي از مشخصه‌هاي فيزيكي مبادله‌كن حرارتي بررسي و نتايج ارائه شده است.

Effect of nanoparticle zinc oxide on optimum design of a shell and tube heat exchanger is investigated in this work. ε-NTU method used for thermal modeling . Multi-objective optimization using genetic algorithm is used to increase effectiveness and reduce total cost. Tube arrangement, tube diameter, tube pitch ratio, tube length in each pass, tube number, baffle spacing ratio, baffle cut ratio, cold stream flow allocation and particle volumetric concentration are considered as nine design parameters. The results showed that Pareto optimal front improved in the case with nanoparticles. For example, 5.62% and 12.12%, improvement in the effectiveness and total cost respectively are find compared with base fluid for final optimal solution. Furthermore, the effect of nanoparticle on some of heat exchanger specifications is studied and results are reported