بهینه‌سازی مبدل حرارتی فشرده به‌منظور کمینه‌سازی تولید آنتروپی با استفاده از الگوریتم تکامل تفاضلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی دانشکده فنی دانشگاه گیلان

2 عضو هیات علمی گروه مهندسی شیمی دانشکده فنی دانشگاه گیلان

چکیده

با توجه به اهمیت مبدل­های حرارتی در واحدهای عملیاتی، در این پژوهش از الگوریتم تکامل تفاضلی (DE) برای بهینه­سازی مبدل حرارتی فشرده با هدف کمینه­سازی تعداد واحدهای تولید آنتروپی استفاده شده است. تعداد واحدهای تولید آنتروپی کل حرارتی و فشاری در مبدل حرارتی به‌عنوان تابع هدف و شش متغیر تصمیم‌گیری شامل طول مبدل، بسامد پره، طول پره، تعداد لایه­های عبور جریان در پرۀ آفست، ارتفاع پره و ضخامت پره با مجموعه­ای از قیدها، در نظر گرفته شده است .نتایج به‌دست‌آمده از بهینه­سازی با الگوریتم تکامل تفاضلی، با دو روش الگوریتم ژنتیک (GA) و تجمع ذرات (PSO)، مقایسه و اعتبارسنجی شد. میزان این الگوریتم در کمینه­سازی تولید آنتروپی (به میزان 5/1و 6/17درصد در مقایسه با روش تجمع ذرات و الگوریتم ژنتیک) نشان از توانایی بالای روش تکامل تفاضلی برای بهینه­سازی مبدل­های حرارتی فشرده دارد. همچنین، تأثیر تغییرات مؤلفه‌های کنترلی در الگوریتم تکامل تفاضلی بر هم‌گرایی و نیز میزان بهینه­سازی تابع هدف بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها


 

[1]        Das, P. K., Ghosh, I., "Thermal design of multistream plate fin heat exchangers a state-of-the-art review", Journal of Heat Transfer Engineering, 33:
pp. 284-300, (2012).
[2]        Shah, R. K., Sekulić, D. P., "Heat exchanger design procedures", Journal of Fundamentals of Heat Exchanger Design, 24: pp. 601-672, (2003).
[3]        Mishra, M., Das, P. K., "Thermoeconomic design-optimisation of crossflow plate-fin heat exchanger using Genetic Algorithm", Journal of International Journal of Exergy, 6: pp. 837-852, (2009).
[4]        Sanaye, S., Hajabdollahi, H., "Thermal-economic multi-objective optimization of plate fin heat exchanger using genetic algorithm", Journal of Applied Energy, 87: pp. 1893-1902, (2010).
[5]        Patel, V., Savsani, V., "Optimization of a plate-fin heat exchanger design through an improved multi-objective teaching-learning based optimization
(MO-ITLBO) algorithm", Journal of Chemical Engineering Research and Design, 92: pp. 2371-2382, (2014).
[6]        Rao, R. V., Patel, V. K., "Thermodynamic optimization of cross flow plate-fin heat exchanger using a particle swarm optimization algorithm", Journal of Thermal Sciences, 49: pp. 1712-1721, (2010).
[7]        Sahiti, N., "Entropy generation minimization of a double-pipe pin fin heat exchanger", Applied Thermal Engineering, 28: pp. 2337-2344, (2008).
[8]        Bejan, A., "The concept of irreversibility in heat exchanger design: counterflow heat exchangers for gas-to-gas applications", ASME J. Heat Transfer, 99: pp. 374-380, (1977).
[9]        Vargas, J. V., Bejan, A., "Thermodynamic optimization of finned crossflow heat exchangers for aircraft environmental control systems", Journal of Heat and Fluid Flow, 22: pp. 657-665, (2001).
[10]      Culham, J. R., Muzychka, Y. S., "Optimization of plate fin heat sinks using entropy generation minimization", IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 24: pp. 159-165, (2001).
[11]      Mishra, M., Das, P. K., Sarangi, S., "Optimum design of crossflow plate-fin heat exchangers through genetic algorithm", Journal of Heat Exchangers, 5: pp. 379-401, (2004).
 
 
 
 
[12]      Ahmadi, P., Hajabdollahi, H., Dincer, I., "Cost and entropy generation minimization of a cross-flow plate fin heat exchanger using multi-objective genetic algorithm", Journal of heat transfer, 133: pp. 118-129, (2011).
[13]      Peng, H., Ling, X., "Optimal design approach for the plate-fin heat exchangers using neural networks cooperated with genetic algorithms", Applied Thermal Engineering, 28: pp. 642-650, (2008).
[14]      Wen, J., Yang, H., Tong, X., Li, K., Wang, S., Li, Y., "Optimization investigation on configuration parameters of serrated fin in plate-fin heat exchanger using genetic algorithm", Int J Therm Sci, 101:
pp. 116-25, (2017).
[15]      Du, J., Ni, Y. M., Fang, Y. S., "Correlations and optimization of a heat exchanger with offset fins by genetic algorithm combining orthogonal design", Appl Therm Eng, 107: pp. 109-1017, (2016).
[16]      Turgut, O. E., "Hybrid Chaotic Quantum behaved Particle Swarm Optimization algorithm for thermal design of plate fin heat exchangers", Appl Math Model, 40: pp. 50- 69, (2017).
[17]      Joshi, H. M., Webb, R.L., "Heat transfer and friction in the offset stripfin heat exchanger", International Journal of Heat and Mass Transfer, 30: pp. 69-84, (1987).
[18]      Shah, R., Sekulic, D., "Heat exchangers", Handbook of Heat Transfer, (1998).
[19]      Dragoi, E. N., Curteanu, S., "The use of differential evolution algorithm for solving chemical engineering problems", Reviews in Chemical Engineering, 32:
pp. 149-180, (2016).
[20]      ­Melo, V. V., Delbem, A. C. B., "Investigating smart sampling as a population initialization method for differential evolution in continuous problems", Information Sciences, 193: pp. 36-53, (2012).
 
[21] Durmus, B., "Optimal components selection for active filter design with average differential evolution algorithm", Int. J. Electron. Commun, 94:
pp. 293-302, (2018).
[22] Hu, J., Wu, M., Chen, X., Du, S., Zhang, P., Cao, W., She, J., "A multilevel prediction model of carbon efficiency based on the differential evolution algorithm for the iron ore sintering process", IEEE Trans. Ind. Electron, 65: pp. 8778-8787, (2018).
[23] Zhao, W., Ma, A., Ji, J., Chen, X., Yao, T., "Multiobjective optimization of a double-side linear vernier PM motor using response surface method and Differential Evolution", IEEE Trans. Ind. Electron, 67: pp. 80-90, (2020).
[24]      Zorina, Z.A., Obozova, T.A., "New data on the brain and cognitive abilities of birds", Zoologichesky Zhurnal, 90: pp. 784-802, (2011).
[25]      Mallipeddi, R., "Differential evolution algorithm with ensemble of parameters and mutation strategies", Applied Soft Computing, 11: pp. 1679-1696, (2011).
[26]      Mohamedi, A. W., Sabry, H. Z., Elaziz, T., "Real parameter optimization by an effective differential evolution algorithm", Egyptian Informatics Journal, 14: pp. 37-53, (2013).
[27]      Rahnamayan, S., Tizhoosh, H. R., "Differential evolution via exploiting opposite populations, in Oppositional concepts in computational intelligence", Springer, 29: pp. 143-160, (2008).
[28]      Jamil, M., Yang, X. S., "A literature survey of benchmark functions for global optimisation problems", Journal of Mathematical Modelling and Numerical Optimisation, 4: pp. 150-194, (2013).