بهینه‌سازی ترمو‌اقتصادی و بررسی اثر چگالش در چگالنده پوسته لوله‌ای در حضور گازهای غیر چگالنده با رویکردی جدید

هدف از این مقاله، بهینه‌سازی عملکرد ترمودینامیکی و اقتصادی برای یک چگالنده پوسته لوله‌ای نوع temae با یک گذر لوله و یک گذر پوسته است. در این چگالنده، آب خنک‌کننده در درون لوله‌ها جریان دارد و چگالش بخار در سمت پوسته رخ می‌دهد. تحلیل اگزرژی چگالش بخار خالص در مخلوطی از یک گاز غیر قابل کندانس ارائه شده است. تابع هدف ترمواقتصادی بر اساس نرخ انتقال حرارت واقعی بر واحد هزینه‌ی کل با در نظر گرفتن هزینه‌های افت اگزرژی و هزینه‌های سرمایه‌گذاری تعریف شده است. اثرات عملکرد بهینه‌ی چگالنده، پارامترهای اقتصادی، اثرات فنی و پارامترهای طراحی برای به حداکثر رساندن تابع هدف، مورد بررسی قرار گرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهد که تابع هدف با افزایش پارامتر هزینه افت اگزرژی، افزایش نسبت ظرفیت‌های گرمایی و کاهش نسبت دماهای ورودی و دمای محیط، افزایش می‌یابد. بهینه‌سازی با استفاده از روش مشتق‌گیری از تابع هدف، روش جستجوی الگویی و روش بهینه‌سازی فرا ابتکاری انجام شده است. رابطه‌ایی برای تابع هدف بیشینه به ازای شرایط مختلف کارکرد مبدل حرارتی بر اساس مقدار بهینه‌ بازده حرارتی به دست آورده شده است. مقادیر بهینه متغیرهای طراحی حاصل از دو روش بهینه‌سازی به طور نسبی در حدود013% باهم تفاوت دارند؛ که این تفاوت، به نوع روش بهینه‌سازی و عملگرهای درونی آن بستگی دارد. باتوجه به تابع هدف ترمواقتصادی، دیده می‌شود که نتایج حاصل از بهینه‌سازی با استفاده از هر دو روش تقریبا یکسان و برابر 08/16 است.

Thermoeconomic optimization and investigation of condensation effect on Shell & Tube condenser in the presence of non-condensable gases with a new approach

A thermoeconomic performance optimization has been carried out for a shell and tube condenser TEMAE. In the considered model, the irreversibilities due to heat transfer between the hot and cold stream are taken into account. The objective function is defined as the actual heat transfer rate per unit total cost considering lost exergy and investment costs. The optimal performance and design parameters which maximize the objective function have been investigated. The effects of the technical and economical parameters on the general and optimal thermoeconomical performances have been also discussed. The results show that the objective function increases with increasing heat capacity ratio and decreasing inlet temperature and ambient temperature ratio. The dominant term in entropy generation in this study is due to the heat exchange between the condensed fluid and the cold fluid. According to the operating conditions of the heat exchanger, a correlation has been obtained for the thermal efficiency that maximizes the objective function. Optimal value of the design variables obtained from Pattern search method and the Ant Lion Optimizer method are relatively different at about 00.13%; depending on the type of optimization method and its internal operators. But the optimal value of the objective function in both methods is approximately 16.08. The analysis and optimization presented herein may provide a basis for both determinations of the optimal performance parameters for real heat exchanger.