بهينه‌سازي چندهدفۀ عملكرد يك هواگرمكن خورشيدي به‌همراه فين و بافل و بازچرخش با كمك الگوريتم ژنتيك

Multi-Objective Optimization of Performance of a Solar Air Heater with Fin and Baffle and Recycle Using Genetic Algorithm

تمركز كار حاضر بر روي عملكرد انرژي، اگزرژي و بهينه‌سازي پارامترهاي يك هواگرمكن خورشيدي به‌همراه فين، بافل و بازچرخش خارجي است. تأثير پارامترهاي هندسي و عملياتي بر روي راندمان مؤثر و اگزرژي هواگرمكن به‌صورت تئوري مورد تحليل قرار گرفته است. معادلات تعادل انرژي و اگزرژي توسط كد توسعه‌يافته با استفاده از MATLAB حل شده است. علاوه بر اين الگوريتم ژنتيك براي بهينه‌سازي طراحي و عملكرد پارامترهاي هواگرمكن خورشيدي به‌ كار رفته است. فاصلۀ بين فين‌ها (تعداد فين)، طول بافل، فاصلۀ بين بافل‌ها و نسبت بازچرخش پارامترهايي است كه مقادير بهينۀ آن‌ها در اعداد رينولدز و تابش‌هاي مختلف با هدف رسيدن به بيشينۀ راندمان مؤثر و اگزرژي به ‌دست آمد. مشخص شده است كه استفاده از فين و بافل و بازچرخش در يك كلكتور خورشيدي صفحه‌تخت باعث بهبود راندمان گرمايي در تمامي حالات مي‌شود. با اين حال، با افزايش مقادير دبي جرمي قدرت اضافي لازم براي غلبه بر افت فشار ممكن است عملكرد هواگرم‌كن را از منظر اگزرژي و انرژي تخريب كند. بيشينۀ راندمان مؤثر و اگزرژي به‌دست‌آمده براي رينولدزهاي مختلف به‌ترتيب برابر 64/15 % و 6/34 % است كه در تابش W/m2 1200 حاصل شد. نتايج شبيه‌سازي مدل حاضر براي كلكتور پيشنهادي با مدل‌هاي موجود در منابع تأييد شده و مطابقت خوبي دارد.

The present work focuses on energy and exergy performances as well as parameter optimization of a solar air heater integrated with fins, baffles, and external recycle. Theoretical analyses have been considered to study the effect of geometrical and operating parameters on the effective and exergy efficiency of SAH. Energy and exergy balance equations have been solved by developed code using MATLAB. Further, Genetic algorithm has been invoked to optimize the design and the operating parameters of SAH. The distance between the fins (number of fins), the width of the baffles, the distance between the baffles, and the recycle ratio are the parameters, the optimal values of which were obtained for different values of Reynolds numbers and solar radiation with the aim of achieving maximum energy and exergy efficiency. It was found that the use of fins and baffles under external recycle in a flat solar air heater improved thermal efficiency in all cases. However, at higher air flows, the additional power required to overcome the pressure drop may impair the performance of the SAH. The best effective and exergy efficiency for various Re, which obtaind for I=1200 W/m2, are 64.15% and 6.34% respectively. Simulation results of the present model have been validated by the models available in the literature and found to be in good agreement