مدلسازي و بهينه سازي مشخصات هندسي در طراحي مبدل هاي حرارتي صفحه اي موجدار با استفاده از روش تاگوچي

Modelling and Optimization of Geometrical Parameters in Design of the Wavy-Fin-Plate Compact Heat Exchanger by Taguchi method

كانال‌هاي موجدار منجر به افزايش عملكرد تجهيزات حرارتي و كاهش ابعاد آنها مي‌شوند. مشخصات هندسي در طراحي مبدل‌هاي حرارتي صفحه‌اي موجدار عبارت است از: گام، ارتفاع، ضخامت، طول پره، طول موج و دامنه‌ موج. در مطالعه حاضر، به منظور بهينه‌سازي عملكرد اين نوع از مبدل‌هاي حرارتي، طراحي آزمايشي با استفاده از روش تاگوچي ارائه شد. اين طراحي شامل 25 مدل هندسي متفاوت براي كانال‌هاي موجدار است. براي هريك از اين مشخصات پنج مقدار متفاوت در نظر گرفته شد. در هر يك از اين مدل‌ها، رفتار حرارتي و هيدروليكي هوا به عنوان سيال خنك كننده توسط ديناميك سيالات محاسباتي در سه بعد شبيه‌سازي شد. با استفاده از روش آناليز واريانس، مقدار بهينه هر يك از مشخصات هندسي و همچنين تاثير آنها بر ميزان انتقال حرارت و افت فشار هوا مشخص شد. نتايج نشان دادند كه دامنه‌ي موج مؤثرترين مشخصه‌ي هندسي بر ضريب f و نيز بر معيار ارزيابي عملكرد j/f است. دامنه‌ي موج براي ضريب j در ناحيه آرام بيشترين تأثير را داشت ولي در اعداد رينولدز بالاتر به تدريج از اهميت آن كاسته شده و بر اهميت گام پره‌ افزوده مي‌شود. دومين مشخصه‌ي مؤثر در تمام اعداد رينولدز براي ضرائب j، f و j/f طول موج است.

The wavy channels increases the performance of thermal apparatuses and decreases the their size. The design parameters of wavy-plate heat exchangers are the pitch, height, thickness, length of channel and wave-length and wave-amplitude. In the present syudy, to optimum the performance of wavy-plate heat exchangers, a Taguchi method is utilized for 25 models in five levels. Thermal-hydraulic performance of the models is investigated using an appropriate 3D-CFD simulation. Then, the variance analysis is applied to detect the optimum values and more effective parameters on heat transfer rate and pressure drop. The results indicated that the most effective geometrical parameters on f factor and the criterion of evaluating performance j/f is wavy amplitude. The wavy-amplitude on j factor has the most influence in the laminar regime, but its importance is gradually reduced at higher Reynolds numbers and the importance of pitch is increased. The wavelength is the second effective characteristic for j, f, and j/f factors in all Reynolds numbers.