مدل‎سازي حرارتي - هيدروليكي و بهينه‎سازي مبدل‎هاي حرارتي چندجرياني صفحه‎اي- فين‎دار با فين‎هاي مستطيلي با استفاده از الگوريتم ژنتيك

Hydraulic and thermal modeling and optimization of rectangular finned multi stream plate-fin heat exchangers by Genetic Algorithm

در اين مقاله، به منظور مدل‎سازي و بهينه‎سازي مبدل‎هاي حرارتي صفحه‎اي- فين‎دار چندجرياني با فين‎هاي مستطيلي يك روش شرح و بسط داده مي‎شود. روشي كه به منظور مدل‎سازي حرارتي اين نوع مبدل‎هاي حرارتي در اين مقاله پيشنهاد مي‎گردد، بر مبناي يكنواخت‎سازي حرارتي كليه جريان‎هاي حرارتي موجود مي‎باشد. بر اين مبنا جريان‎هاي حرارتي موجود در يك مبدل حرارتي چند جرياني با در نظرگرفتن دو اصل توزيع مساوي جريانهاي حرارتي در هر كانال و اصل يكنواخت سازي عملكرد حرارتي در هر كانال در آن توزيع مي‎گردد. در اين روش با رسم منحني تركيبي مربوط به جريان‎هاي حرارتي موجود مي‎توان بازه‎هاي آنتالپي در كل مبدل حرارتي را تعيين نمود. اين بازه‎هاي آنتالپي هر يك به صورت مستقل طراحي شده و سپس با استفاده از تغيير افت فشار در هر بازه به كمك تغيير پارامترهاي هندسي فين‎ها، ارتفاع تمام اين بازه‎هاي طراحي شده يكسان مي‎گردد. مدل‎سازي هندسي، حرارتي و هيدروليكي اين نوع مبدل حرارتي بر مبناي پارامترهاي هندسي فين‎هاي مستطيلي انجام و كمينه‎سازي هزينه نهايي ساليانه شامل مجموع هزينه‎هاي سرمايه‎گذاري و عملياتي در نظرگرفته شده است. متغيرهاي اصلي اين مساله پارامترهاي هندسي فين‎ها مانند گام، ارتفاع و ضخامت فين مي‎باشد. از الگوريتم ژنتيك به عنوان ابزار بهينه‎سازي تابع هدف در اين مقاله استفاده شده است. روش ارايه شده بر يك مطالعه موردي اعمال و نتايج مستخرج از روش حاضر با نتايج مراجع ديگر مقايسه شده است.

The modeling and optimization of rectangular finned multi stream plate-fin heat exchangers are presented in this paper. The proposed method for thermal modeling of this type of heat exchangers is based on uniform heat distribution along the plates. So, the heat streams are distributed along the multi stream heat exchanger based on two principles: equal quantity of stream channel distribution and uniform heat distribution in each of the channels. The geometric, thermal and hydraulic modeling and design of the multi stream heat exchanger is carried out based on rectangular fin specifications. The total annual cost (TAC), the summation of capital investment and operating and maintenance costs are regarded as objective function to be minimized. The main variables are heat exchanger core dimension such as length, width, height and the fin geometric parameters such as fin pitch and height. The genetic algorithm is utilized as optimization tool to minimize the total annual cost of the multi stream plate-fin heat exchanger. The proposed method is applied to a case study. The results of the current method are compared with the literatures.