بهینه سازی طراحی مبدلهای حرارتی فشرده صفحه ای پره دار با پارامترهای هندسی به منظور کمینه سازی هزینه ها

مبدل حرارتی صفحه ای پره دار یکی از پرکاربردترین مبدلهای حرارتی می باشد که بدلیل بازدهی حرارتی بالا، نسبت سطح به حجم بالا و وزن پایین بسیار مورد توجه قرار گرفته است. تحقیقات فراوانی در راستای بهبود عملکرد و افزایش بازدهی این مبدل ها صورت پذیرفته است. به این منظور شناخت دقیقی از عوامل موثر بر طراحی و عملکرد این مبدل ها ضروری می باشد. مطالعات نشان می دهد، در این مبدل های حرارتی رابطه غیرمستقیم بین نرخ انتقال حرارت و افت فشار وجود دارد. چنانچه، دبی گازهای ورودی بیشتر گردد انتقال حرارت بیشتری صورت پذیرفته و در نتیجه سطح کمتری برای دستیابی به بازدهی حرارتی مورد نظر نیاز است. از سوی دیگر افزایش دبی گازهای ورودی باعث افزایش افت فشار در مبدل شده که در نتیجه موجب افزایش انرژی مصرفی در کمپرسورها می گردد. به دلیل تقابل اثرات انتقال حرارت و افت فشار، مساله بهینه سازی در مبدل های حرارتی مطرح می گردد، به عبارت دیگر می بایست پارامترهای موثر بر طراحی مبدل به گونه ای انتخاب گردند که هزینه کلی مبدل کاهش یابد. هدف از کار حاضر بهینه سازی عملکرد مبدل حرارتی صفحه ای پره دار است. تابع هدف، تلفیقی از فشرده سازی سطح و کمینه سازی هزینه کلی سالیانه (شامل هزینه ثابت و هزینه عملیاتی) و اتلافات اگزرژی و هزینه اگزرژی ناشی از اختلاف دما و افت فشار می باشد. به منظور بهینه سازی، ابتدا طراحی و تحلیل حرارتی و هیدرولیکی مبدل انجام می شود. مشخصات هندسی مبدل مانند ابعاد مبدل، ابعاد پره ها و فرکانس تکرار پره ها به عنوان متغیرهای طراحی در نظر گرفته می شود. در این پروژه برای بهینه سازی مبدل حرارتی از الگوریتم بهینه سازی ژنتیک استفاده شده است. به همین منظور از قسمت ابزار بهینه سازی در نرم افزار متلب و روش حل ژنتیک الگوریتم استفاده شده است. در اولین قدم تمامی فرمول بندی های هیدرولیکی و حرارتی به زبان متلب نوشته شده کد مربوطه آماده می گردد. در تابع نوشته شده پارامترهای طراحی مشخص شده و بر اساس این پارامترها، توابع هدف و قیود محاسبه می گردند. در این تحقیق علاوه بر استفاده از الگوریتم بهینه سازی ژنتیک، یک کد بهینه سازی مستقیم نیز استفاده شده است