بهينه‌يابي موقعيت منابع حرارتي در جابجايي طبيعي توأم با تابش سطحي در يك محفظه دو بعدي به كمك الگوريتم بهينه‌سازي ازدحام ذرات

Optimal search of heat sources location in conjugate natural convection with surface radiation in a two-dimensional enclosure utilizing particle swarm optimization algorithm

در اين مقاله، تحليل عددي انتقال حرارت جابجايي طبيعي توأم با تابش سطحي در يك محفظه دو بعدي، به منظور يافتن موقعيت بهينه منابع حرارتي شارثابت مرزي براي مينيم‌سازي دماي سطح منابع حرارتي به كمك الگوريتم ازدحام ذرات انجام مي‌شود. هوا به عنوان يك سيال تراكم ناپذير و محيط درون محفظه شفاف و جريان سيال آرام و پايا در نظر گرفته مي‌شود. سطوح محفظه نيز كدر، پخشي و خاكستري فرض مي‌شود. معادلات حاكم با فرمول‌بندي تابع جريان و ورتيسيته با روش اختلاف محدود حل مي‌شود. دماي ماكزيمم سطح منابع حرارتي و موقعيت منابع حرارتي به ترتيب به عنوان تابع هدف و متغيرهاي طراحي انتخاب مي‌گردد. نتايج نشان مي‌دهد مقدار مينيمم دماي بي‌بعد ماكزيمم سطح منبع حرارتي با افزايش ضريب صدور يا عدد رايلي، كاهش مي‌يابد. با افزايش عدد رايلي نيز موقعيت بهينه منابع حرارتي براي چيدمان با يك منبع حرارتي و دو منبع حرارتي به سمت كف نزديك مي‌شود. با افزايش ضريب صدور در هر عدد رايلي نيز موقعيت بهينه مركز سطح منابع حرارتي به سمت مركز نزديك مي‌شود و در چيدمان با دو و سه منبع حرارتي به يكديگر نزديك است.

In this paper, the numerical analysis of the conjugate natural convection with surface radiation in a two-dimensional enclosure is carried out in order to search the optimum location of the boundary constant flux heat sources to minimize the temperature of the heat sources surface using the particle swarm algorithm. The air is considered as an incompressible fluid and a transparent media inside the enclosure with a steady and laminar flow regime. The surfaces of the enclosure are also considered to be opaque, diffuse and gray. The governing equations are solved using the stream function and vorticity formulation with the finite difference method. The maximum temperature and the location of heat sources are selected as the objective function and design variables, respectively. The results show that the minimum value of the maximum dimensionless temperature of the heat source decreases with the increase of emissivity or Rayleigh number. By increasing the Rayleigh number, the optimal location of heat sources shifts to the bottom for configurations with one or two heat sources. By increasing the emissivity in each Rayleigh number, the optimal value of the heat sources center location approaches to the center and in the configurations with two and three heat sources is close to each other.