بهينه سازي چندهدفه شبكه مبادله كن حرارتي چندلوله اي Uشكل با درنظرگرفتن اثر نانوذرات مختلف

Multi-objective Optimization of Multi-tube Heat Exchanger Network Considering the Effect of Different Nanoparticles

پژوهش حاضر به مدل سازي و بهينه سازي شبكه مبادله كن حرارتي چندلوله اي Uشكل با درنظرگرفتن اثر نانوذرات مختلف در سمت لوله پرداخت. پس از مدل سازي حرارتي به روش ، بهينه سازي از ديدگاه افزايش كارآيي و كاهش هزينه كلي ساليانه به عنوان دو تابع هدف همزمان با استفاده از هشت متغير طراحي از جمله تعداد مبادله كن حرارتي و غلظت حجمي ذرات، توسط تكنيك الگوريتم ژنتيك چندهدفه صورت گرفت. به منظور كلي بودن نتايج، بهينه سازي در سه نرخ جريان جرمي مختلف سمت سرد و نانوذرات متفاوت شامل Al2O3 ، و ZrO2 انجام و نتايج با حالت سيال پايه (آب) مقايسه شد. نتايج نشان مي دهد كه منحني پرتو در حالت نانوذرات بهبود يافت و ميزان بهبودي در حالت نانوذرات اكسيدمس به ويژه در كارآيي هاي بالاتر و نرخ هاي جريان جرمي پايين تر نانوسيال نسبت به ديگر حالات مطالعه شده محسوس تر است. علاوه بر اين به دليل بهبود عملكرد حرارتي مبادله كن در حالت نانوپژوهش حاضر به مدل سازي و بهينه سازي شبكه مبادله كن حرارتي چندلوله اي Uشكل با درنظرگرفتن اثر نانوذرات مختلف در سمت لوله پرداخت. پس از مدل سازي حرارتي به روش ، بهينه سازي از ديدگاه افزايش كارآيي و كاهش هزينه كلي ساليانه به عنوان دو تابع هدف همزمان با استفاده از هشت متغير طراحي از جمله تعداد مبادله كن حرارتي و غلظت حجمي ذرات، توسط تكنيك الگوريتم ژنتيك چندهدفه صورت گرفت. به منظور كلي بودن نتايج، بهينه سازي در سه نرخ جريان جرمي مختلف سمت سرد و نانوذرات متفاوت شامل Al2O3 ، و ZrO2 انجام و نتايج با حالت سيال پايه (آب) مقايسه شد. نتايج نشان مي دهد كه منحني پرتو در حالت نانوذرات بهبود يافت و ميزان بهبودي در حالت نانوذرات اكسيدمس به ويژه در كارآيي هاي بالاتر و نرخ هاي جريان جرمي پايين تر نانوسيال نسبت به ديگر حالات مطالعه شده محسوس تر است. علاوه بر اين به دليل بهبود عملكرد حرارتي مبادله كن در حالت نانوذرات، سطح تبادل حرارت و در نتيجه آن حجم مبادله كن براي مقادير ثابت كارآيي به صورت قابل توجه اي كاهش يافته است. در پايان، پس از ارايه نتايج پارامترهاي طراحي در برابر كارآيي، آناليز حساسيت توابع هدف با غلظت حجمي ذرات براي يك نقطه نمونه انجام و نتايج بررسي شد. ذرات، سطح تبادل حرارت و در نتيجه آن حجم مبادله كن براي مقادير ثابت كارآيي به صورت قابل توجه اي كاهش يافته است. در پايان، پس از ارايه نتايج پارامترهاي طراحي در برابر كارآيي، آناليز حساسيت توابع هدف با غلظت حجمي ذرات براي يك نقطه نمونه انجام و نتايج بررسي شد.

The present study investigated modeling and optimization of a multi-tube heat exchanger (MTHE) network considering the effect of different nanoparticles on the tube side. After thermal modeling in ε-NTU method, optimization was performed from the perspective of increasing effectiveness and decreasing total annual cost as 2 objective functions, using 8 designe parameters, including number of MTHE and particles volumetric concentration. In addition, optimizaation was performed at 3 various cold mass flow rates and different nanoparticles including AL2O3, CuO and ZrO2 and result were compared with the base fluid (water). The results show that the Pareto front was improved in nanoparticles case, and the rate of improvement in CuO nanoparticles case, especially in higher effectiveness and lower nanofluid mass flow rates is more significant compared with the other studied cases. In addition, because of the improved thermal performance of MTHE network in the nanoparticles case, the heat transfer surface area and consequently the volume of MTHE network for fixed values of effectiveness are significantly reduced. Finally, after display of the results of the design parameters versus effectiveness, sensitive analysis of particle volumetric concentration on the objective functions was performed for typical piont and the results were discussed.