Zeitschrift für angewandten Maschinenbau

Abstrakt

Mehrzieloptimierung einer Lamelle mit zweidimensionaler Wärmeübertragung mittels NSGA-II und ANN

MM Ghanadi Arab, Mohsen Hajabdollahi und Hassan Hajabdollahi

Die zweidimensionale Wärmeübertragung in einer Lamelle wurde mit akzeptabler Genauigkeit modelliert und optimiert. Zur Schätzung der Lamellengeometrie wurde eine Bézierkurve verwendet. Die Finite-Volumen-Methode in Verbindung mit einem künstlichen neuronalen Netzwerk wurde entwickelt, um die Temperaturverteilung durch die Lamelle mit einer Genauigkeit von -1,5 % bis +1 % bzw. ± 0,5 % für Lamelleneffizienz und Wärmeübertragungsrate vorherzusagen. Die Positionen von vier Kontrollpunkten in der Bézierkurve wurden als Entwurfsvariablen betrachtet. Anschließend wurde ein schneller und elitärer nicht dominierter genetischer Sortieralgorithmus (NSGA-II) angewendet, um die maximale Lamelleneffizienz und die Wärmeübertragungsrate als zwei Zielfunktionen zu bestimmen. Die Ergebnisse der optimalen Entwürfe waren ein Satz von mehreren optimalen Lösungen, so genannte „Pareto-optimale Lösungen“. Die maximale Lamelleneffizienz von 72 % wurde mit einer Wärmeübertragungsrate von 739 W ermittelt, während die maximale Wärmeübertragungsrate 962,3 W bei einer Effizienz von 57 % betrug.
Darüber hinaus wurden die optimalen Ergebnisse der zweidimensionalen Wärmeübertragung mit denen der eindimensionalen verglichen. Dabei wurde festgestellt, dass die durchschnittliche Abnahme der Rippeneffizienz und der Wärmeübertragungsrate um 14,7 Prozent die Mängel der eindimensionalen Modellierung aufzeigt. In der zweiten Fallstudie wurde die Pareto-Front für die Wärmeübertragungsrate und die Rippenoberfläche als zwei Zielfunktionen abgeleitet. Es wurde beobachtet, dass die Ergebnisse der optimalen Rippenkonfiguration im Fall der Rippeneffizienz als Zielfunktion dieselben sind wie die Ergebnisse der Rippenoberfläche als Zielfunktion.