Zeitschrift für angewandten Maschinenbau

Abstrakt

Modellierung und Optimierung auf Basis des zweiten Hauptsatzes von Platten- und Rohrwärmetauschern mit MOPSO

Ehsan Khorasani Nejad, Mohsen Hajabdollahi und Hassan Hajabdollahi

In der vorliegenden Studie wird eine umfassende thermische Modellierung und ein optimales Design eines einfachen Rippenrohrwärmetauschers (FTHE) durchgeführt. Dabei wird eine Methode angewendet, um den Druckabfall und die Effektivität des Wärmetauschers abzuschätzen. Die Designparameter dieser wissenschaftlichen Studie werden wie folgt ausgewählt: Längsabstand, Querabstand, Rippenabstand, Anzahl der Rohrdurchgänge, Rohrdurchmesser, Länge des kalten Stromflusses, Länge ohne Fluss und Länge des heißen Stromflusses. Darüber hinaus wird die Multi Objective Particle Swarm Optimization (MOPSO) angewendet, um gleichzeitig die Mindestanzahl von Entropieerzeugungseinheiten und die gesamten jährlichen Kosten (Summe der Investitions- und Betriebskosten) als zwei Zielfunktionen zu ermitteln. Die Ergebnisse optimaler Designs sind eine Reihe mehrerer optimaler Lösungen, die als „Pareto-optimale Lösungen“ bezeichnet werden. Es zeigt sich, dass alle geometrischen Änderungen, die die Anzahl der Entropieerzeugungseinheiten verringern, zu einer Erhöhung der gesamten jährlichen Kosten führen und umgekehrt. Darüber hinaus wird zur Vorhersage des optimalen Designs des FTHE eine Gleichung für die Anzahl der Entropieerzeugungseinheiten im Vergleich zu den gesamten jährlichen Kosten für die Pareto-Front abgeleitet. Darüber hinaus wird auch die Sensitivitätsanalyse der Änderung der optimalen Anzahl von Entropieerzeugungseinheiten und der gesamten jährlichen Kosten bei Änderungen der Konstruktionsparameter des Rippenrohrwärmetauschers detailliert durchgeführt.