بهینه‌سازی اقتصادی شبکه مبادله‌کن گرمایی بر اساس طراحی دقیق تجهیزات با به‌کارگیری الگوریتم وال

در این مطالعه روشی سریع و قابل اطمینان جهت طراحی دقیق مبادله‌کن‌های پوسته و لوله در شبکه مبادله‌کن‌های گرمایی ارائه شده است. در همین راستا، متغیرهای طراحی از قبیل مسیر جریان هر یک از دو سیال، تعیین تعداد پوسته‌های لازم، سرعت‌ و افت فشار مجاز، تعداد لوله‌ها، تعداد گذر در لوله و پوسته، طول لوله‌ها، چیدمان لوله‌ها، اندازه و درصد برش دیوارک‌ها، قطر لوله‌ها، قطر پوسته، نسبت گام لوله‌ها و معادلات تجربی مناسب برای محاسبه ضریب‌های انتقال گرما و افت فشار برای جریان سمت پوسته و لوله در نظر گرفته شده است. با توجه به حجم بالای محاسبات از الگوریتم وال (نهنگ) برای طراحی بهینه مبادله‌کن‌های گرمایی از نقطه نظر اقتصادی و در نظر گرفتن هزینه کلی که شامل هزینه سرمایه‌گذاری مبادله‌کن‌ها، پمپ ها و هزینه عملیاتی می‌باشد، بهعنوان تابع هدف، استفاده شده است. دو مورد مطالعاتی چهار و ده جریانی برای طراحی تفصیلی انتخاب شده، که در مورد مطالعاتی اول به‌طور میانگین نسبت به مراجع 20.55 % و مورد مطالعاتی دوم بطور میانگین نسبت به مراجع 14.40% کاهش در هزینه نهایی کلی شبکه مبادله‌کن گرمایی را نشان میدهد.

Economic optimization of heat exchangers network based on accuracy design of equipment using whale algorithm

This study presented a new method to accurate design of shell and tube heat exchanger network. It’s considered some parameters as decision variables such as the design of determined the flow path of each fluids, number of required shell side, allowable velocity and pressure drop, number of tubes, number of passes in shell and tube sides, length of tube, layouts of tubes, size and percentage of baffle cut, shell diameter, tube diameter, tube pitch and experimental equations to calculate pressure drop and heat transfer coefficients in shell and tube side heat exchanger units. It has been used whale algorithm to achieve optimum total annual cost for heat exchanger unit. The total annual cost is as objective function that included capital and energy costs. The results showed in two cases studies including four and ten streams in shell and tube heat exchanger networks. The total annual cost reduced almost 20.55% and 14.40% compared with others for two case study.