طراحی بهینه مبدل های گرمایی بر مبنای مینیمم سازی تولید انتروپی به کمک الگوریتم ژنتیک

مبدل گرمایی وسیله ای است برای انتقال گرما بین دو سیال یا بیشتر که دارای اختلاف دما هستند و جزء عناصر اصلی سیستم هایی نظیر بدن انسان، اتومبیل ها، کامپیوترها، نیروگاه ها و تجهیزات سیستم های سرمایشی و گرمایشی، هستند. مبدل های گرمایی پوسته-لوله و فشرده از جمله مبدل هایی هستند که بیشتر در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. طراحی بهینه این نوع مبدل ها هدف اصلی این تحقیق است. طراحی بر اساس مینیمم سازی نرخ تولید انتروپی در حالت بی بعد شده صورت می گیرد. نرخ تولید انتروپی در حالت بی بعد شده را عدد تولید انتروپی می نامند. این مینیمم سازی ها توسط الگوریتم ژنتیک انجام شده و به دو صورت اجرا می شود. اول الگوریتم ژنتیک با یک تابع هدف مینیمم نرخ تولید انتروپی کل که شامل مجموع اثرات اختلاف دما و اصطکاک می باشد و دوم الگوریتم ژنتیک با دو تابع هدف جداگانه برای مینیمم نرخ تولید انتروپی به واسطه اختلاف دما و به واسطه اصطکاک سیال می باشند. در این پایان نامه برای اولین بار روش به دست آوردن جبهه بهینه پارتو برای مبدل فشرده بر اساس توابع هدف ذکر شده به روش nsga-ii اجرا شده است. هر دو الگوریتم با هم مقایسه گردیده اند و نشان داده شده که الگوریتم ژنتیک دوم برای ایجاد بازده یکسان دارای قدرت پمپ کمتری نسبت به الگوریتم اول است. همچنین نرخ تولید انتروپی بی بعد که توسط محققین مختلف ارائه گردیده است با یکدیگر مقایسه شده و بهترین آنها برای هر مورد مطالعاتی معرفی شده است. برای تخمین بازده گرمایی مبدل ها از روش -ntu? استفاده شده و برای یافتن ضریب انتقال حرارت و افت فشار در طرف پوسته در مبدل پوسته-لوله از روش بل-دلایور استفاده شده است. برای طراحی مبدل پوسته و لوله عدد تولید انتروپی هسلگریوز و اگیسو از تناقض ایجاد شده توسط عدد تولید انتروپی بیجان اجتناب کرده اند. همچنین برای طراحی مبدل فشرده گرمایی عدد تولید انتروپی اگیسو از تناقض ایجاد شده توسط اعداد تولید انتروپی هسلگریوز و بیجان اجتناب کرده است. استفاده از الگوریتم ژنتیک با دو تابع هدف برای طراحی مبدل ها از انعطاف پذیری بیشتری نسبت به الگوریتم ژنتیک با یک تابع هدف است.