طراحي و بهينه سازي مبدل هاي گرمايي چند جريانه با در نظر گرفتن نوع پره و تغيير ويژگي هاي فيزيكي سيال

Design and Optimization of Multi-Stream Plate-Fin Heat Exchangers Using Optimum Fins and Variable Physical Properties

: تاكنون روش هاي گوناگوني براي طراحي مبدل هاي چندجريانه ارايه شده است، اما در بيشتر الگوريتم هاي موجود، ويژگي هاي فيزيكي كليه جريان ها در طول مسير انتقال گرماي ثابت فرض شده است. در اين پژوهش، روشي پيشنهاد شده است كه اثر تغيير ويژگي هاي فيزيكي سيال را در نظر مي گيرد. اين قابليت به همراه در نظرگرفتن افت فشار جريان هاي موجود، الگوريتم قدرتمندي را براي تخمين سطح شبكه پيش از طراحي فراهم مي سازد. در اين روش وابستگي ويژگي هاي فيزيكي از جمله ظرفيت گرمايي ويژه، ويسكوزيته، دانسيته و هدايت گرمايي به تغيير دما مورد توجه قرار مي گيرد. بنابراين كليه ي پارامترهاي موثر در رابطه ي افت فشار به طور دقيق تري محاسبه مي شوند. اين كار با معرفي ضريب هاي تصحيحي در هدف گذاري و طراحي شبكه مبدل گرمايي شامل جريان هاي مايع و گاز صورت گرفته -است. بر اين اساس، نتيجه دقيق تر و قابل اعتمادتري براي مرحله هاي هدف گذاري و طراحي مبدل چند جريانه به دست مي-آيد. همچنين، در ميان روش هاي گوناگون براي طراحي مبدل هاي گرمايي چند جريانه، روشي كه همراه با بهينه-سازي افت فشار جريان ها، بهترين پره را براي هر جريان برگزيند پيشنهاد نشده است. اين پژوهش روش جديدي در طراحي اين مبدل ها بر پايه ي استفاده از افت فشارهاي بهينه ارايه مي دهد كه تلفيقي از مفهوم فناوري پينچ و الگوريتم ژنتيك است. تابع هدف مسيله، هزينه كل ساليانه است كه هزينه هاي سطح و هزينه تامين افت فشار جريان ها را شامل مي شود. نتيجه ها نشان دهنده آن است كه با درنظر گرفتن ويژگي هاي فيزيكي متغير به جاي ثابت فرض كردن آنها، حجم مبدل و هزينه كل ساليانه به ترتيب به ميزان 3/27% و 5 /13% با دقت بيشتري محاسبه خواهد شد. همچنين با بهينه سازي افت فشار، ميزان حجم مبدل و هزينه ساليانه كاهش خواهد يافت كه اين ميزان در حالت انجام عمل بهينه سازي بر مسيله با لحاظ خواص فيزيكي متغير به ميزان 28/4% كاهش در حجم مبدل و 92/4% كاهش در هزينه كل ساليانه را نشان مي دهد

Although several methods have been proposed in design of multi-stream heat exchangers, but they often apply for constant physical properties. In this research, a new method is presented using the variation of physical properties with temperature as well as optimum pressure drops. Having indicated the dependency of specific heat capacity, viscosity, density and thermal conductivity on temperature variation, a set of temperature correction factors is defined for each stream. Calculating the correction factors for all streams will lead in finding an optimum ?Tmin in targeting stage as well as a reliable design based on effective pressure drops, which will guarantee the accuracy of results. Moreover, the optimum pressure drops are used by the optimum selection of fins for each stream in which the total annual cost of exchanger is minimized using genetic algorithm. Having applied the temperature correction factors in design of a multi-stream heat exchanger as case study, the results showed a 27.3% and 13.5% reduction in exchanger volume and total annual cost, respectively, compared to those calculated based on constant physical properties. Also, by optimization of fin types using the genetic algorithm, the results showed a 4.28% and 4.92% reduction in volume and total annual cost, respectively.