بهینه‌سازی هندسه المان‌های حرارتی ژانگسترم نیروگاهی با استفاده از توابع متعامد گسسته و روش الحاقی

هدف این مقاله، بهینه‌سازی پروفیل المان cu ژانگسترم نیروگاهی به منظور افزایش کارایی و کاهش افت فشار و کمینه قیمت می‌باشد. در روش پیشنهادی ابتدا مساله مستقیم به صورت سه‌بعدی مدل و سپس مدل مورد نظر شبیه‌سازی شده‌است. جهت بهینه‌سازی مساله با استفاده از توابع متعامد پارامترهای هندسه‌ مساله تبدیل به بردار ضرایب مجهول و در نهایت با استفاده از روش الحاقی مقادیر بهینه‌ ضرایب هندسی، زاویه‌ قرارگیری صفحات و سرعت به دست آمده‌است. تابع هدف بر اساس بیشینه‌ عدد ناسلت، کمینه ضریب افت فشار و کمینه قیمت تعریف شده و براساس آنها، پارامترهای طراحی تعیین شده‌اند. براین اساس با زاویه‌ بین صفحات 20 و 70 درجه برای اعداد رینولدز مختلف ضرایب بهینه پروفیل تعیین و همچنین چگونگی تغییر ضرایب با نسبت اهمیت انتقال حرارت به افت فشار بررسی شده‌است. نتایج نشان می‌دهد که برای حالتی که کمتر بودن افت فشار از اهمیت بیشتری برخوردار باشد، عددهای رینولدز پایین‌تر و زاویه‌های کوچکتر و در حالتی که انتقال حرارت از اهمیت بیشتری برخوردار باشد، اعداد رینولدز و زاویه‌های بزرگتر کارایی بهتری دارند. همچنین برای حالتی که انتقال حرارت اهمیت بیشتری نسبت به افت فشار داشته باشد، با افزایش عدد رینولدز و بیشتر شدن زاویه‌ بین صفحات تابع هدف بزرگتر می‌شود. به ازای زوایای حدود 70 درجه و عدد رینولدز حدود 8000 ماکسیمم تابع هدف بدست می‌آید. در زوایای بیشتر از 70 و عدد رینولدز‌های بزرگتر از 8000 با اینکه ضریب انتقال حرارت نیز بزرگ‌تر می‌شود ولی جریان دستخوش افت فشار سنگینی می‌شود، که همین عامل باعث کمتر شدن تابع هدف می‌گردد.

Optimization of Heating Element Profile of Ljungstrom Using Discrete Orthogonal Functions and Adjoint Method

In this paper, optimization of CU element profile of Ljungstrom in power plant has been investigated in order to increase its performance, reduce pressure drop and reach minimum price. First, a threedimensional model was developed and then the desired model is simulated. To optimize the proplem, geometry parameters rewrite in form of unknown coefficient vectors by using orthogonal functions and then by using adjoint method, optimal value of geometric coefficients, plates angle and flow velocity are obtained. Objective function is defined based on the maximum Nusselt number, minimum pressure drop coefficient and minimum price and according to them, the design parameters are determined. So, with angles between 20 and 70 degrees for different Reynolds numbers, the optimal coefficients of the profile are determined and variations of the coefficients with ratio of the heat transfer to the pressure drop are investigated. Results show that when pressure drop is more important, small Reynolds number and angle are more efficient, and when heat transfer is important, large Reynolds number and angle are effective. For angles about 70 degrees and Reynolds number about 8000, maximum of function is obtained. At angles greater than 70 and at Reynolds numbers greater than 8000, although the heat transfer coefficient increases, the flow experiences high pressure drop, which reduces objective function.