توسعه یک الگوریتم ژنتیک ترکیبی سریع در بهینه سازی چند منظوره شکل کانال های موج دار در مبدل های حرارتی

مسائل معکوس طراحی شکل که با هدف محاسبه متغیر های وابسته به میدان و شکل مرز مجهول از روی یک سری شرایط مرزی و اطلاعات اضافی معلوم انجام می شوند، از سال ها پیش مورد مطالعه محققان بوده اند. برای حل این گونه مسائل روش های مختلفی از جمله روش های بهینه سازی پیشنهاد شده است. آن چه مشخص است عملکرد این روش ها بسیار وابسته به فضای مسئله است. وجود بهینه های محلی متعدد و نزدیکی آن ها به نقطه بهینه کلی می تواند عملکرد روش حل را تحت تاثیر قرار دهد. در میان روش های بهینه سازی روش های تصادفی و جمعیت محور به دلیل عدم نیاز به محاسبات گرادیانی تابع هدف با استقبال گسترده ای در حوزه مکانیک سیالات و انتقال حرارت روبرو بوده اند. در حال حاضر رقابت اصلی در میان روش های تصادفی کاهش هزینه های محاسباتی است. الگوریتم ژنتیک یکی از پرکاربرد ترین الگوریتم های تصادفی محسوب می شود. این الگوریتم به صورت موازی همه فضای جستجو را مورد کاوش قرار می دهد و عمدتا گرفتار بهینه های محلی نمی شود. الگوریتم همگرایی کندی دارد و در حل مسائل با حلگرهای cfd که محاسبه تابع هدف مستلزم هزینه ی محاسباتی قابل توجه است، با مشکل روبرو می شود. در این تحقیق که با هدف توسعه الگوریتم ژنتیک در مسائل طراحی شکل صورت گرفته است، از یک الگوریتم تصادفی دیگر با نام الگوریتم توده ذرات برای ترکیب با الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. الگوریتم توده ذرات از رفتار هوش جمعی پرندگان الهام گرفته شده است و علی رغم الگوریتم ژنتیک، قدرت جستجوی محلی بالایی دارد. در تحقیق حاضر چند طرح ترکیبی الگوریتم ژنتیک و الگوریتم توده ذرات هم برای مسائل طراحی شکل با یک تابع هدف و هم مسائل با چند تابع هدف ارائه شده است. با توجه به اینکه فضای این مسائل متشکل از بهینه های محلی متعدد می باشد برخلاف مسئله آنالیز که ممکن است روش های مختلف منجر به یک پاسخ شوند، در اینجا ممکن است پاسخ های مختلفی توسط روش های متنوع حاصل شود لذا میزان همگرایی به نقطه بهینه کلی از دغدغه های اصلی این گونه مسائل است که در این رساله به طور جدی مورد بررسی قرار گرفته است. در مسائل با چند تابع هدف، علاوه بر همگرایی، پخش پاسخ ها نیز مهم است که در این تحقیق به عنوان یک معیار ارزیابی مورد توجه بوده است. به منظور ارزیابی عملکرد این الگوریتم های ترکیبی، طیفی از مسائل متنوع طراحی شکل جریان تعریف شده است. مسائل مورد بررسی شامل مسائل جریان داخلی و خارجی می باشد و مهمترین آن ها یک دسته مهم مسائل انتقال حرارتی با عنوان طراحی شکل کانال های موجدار می باشد. طراحی شکل کانال های موجدار که در صنعت به ویژه مبدل های حرارتی فشرده از آن ها استفاده می شود، هنوز مورد توجه محققین می باشد. در این رساله این مسئله با طرح یک و همچنین دو تابع هدف کاربردی مورد بررسی قرار می گیرد. تقریبا در همه مسائل، الگوریتم های ترکیبی عملکرد قابل قبولی نسبت به الگوریتم های پایه نشان دادند. در مسائل یک تابع هدفه میزان همگرایی به طور متوسط تا 30 درصد افزایش یافته است. در مسئله طراحی کانال با دو تابع هدف، هم همگرایی و هم پخش پاسخ های بهتری نسبت به الگوریتم های دیگر ثبت شده است. در بخش بهینه سازی شکل کانال های موجدار از مدلسازی هندسی جدیدی استفاده شد که قابل مقایسه با مدلسازی های پژوهش های گذشته می باشد.