بهینه سازی چند هدفه توان خروجی و پایداری یک نمونه موتور استرلینگ پیستون آزاد با استفاده از الگوریتم ژنتیک

امروزه با افزایش مصرف سرانه منابع انرژی های تجدید ناپذیر، دانشمندان به دنبال جایگزین مناسب برای منابع تجدید ناپذیر رو به اتمام هستند. موتور استرلینگ از جمله ایده هایی است که اخیراً مورد توجه مهندسان قرار گرفته است. هدف از مطالعه حاضر، بهینه سازی توان خروجی و پایداری یک نمونه موتور استرلینگ پیستون آزاد نوع بتا است. به همین منظور ابتدا با استخراج روابط ترمودینامیکی و دینامیکی سیستم و ترکیب این معادلات، معادلات حاکم شامل تابع غیرخطی از افت فشار درون مبدل های حرارتی به دست می آیند. معادلات غیرخطی حاکم حل شده و برای اعتبار سنجی، نتایج حاصل از شبیه سازی مطالعه حاضر با نتایج آزمایشگاهی و شبیه سازی ارائه شده در مراجع معتبر علمی مقایسه می گردند. در موتورهای استرلینگ پیستون آزاد، افزایش توان خروجی با حفظ پایداری آن ها، حائز اهمیت است. بنابراین، با انجام مطالعه پارامتری، پارامترهایی که دارای بیشترین تاثیر بر توان خروجی و پایداری موتور هستند، شناسایی شده و به عنوان متغیرهای بهینه سازی در نظر گرفته می شوند. به منظور بهینه سازی چند هدفه توان خروجی و پایداری موتور استرلینگ پیستون آزاد، تابع هدف مناسب انتخاب شده و از یکی از روش های الگوریتم ژنتیک با استفاده از نرم افزار بهینه سازی مود فرانتیر استفاده می شود. در نهایت، مقادیر متغیرها، قبل و بعد از بهینه سازی و همچنین میزان بهبود حاصل در توان خروجی و پایداری موتور استرلینگ پیستون آزاد ارائه می گردند.

Multi-objective optimization of output power and stability of a free-piston Stirling engine using genetic algorithm

Today, with increasing consumption of nonrenewable energy sources, scientists are looking for an alternative for these resources. The Stirling engine is one of the ideas that have recently attracted engineerschr('39') attention. The purpose of this study is to optimize the output power and stability of a beta type freepiston Stirling engine. In this regard, at first by deriving the thermodynamic and dynamic equations of the system and combining them, the governing equations are obtained including the nonlinear function of the pressure loss in heat exchangers. The governing nonlinear equations are solved and for the purpose of validation, simulation results obtained in this study are compared with experimental and simulation results presented in the literature. In freepiston Stirling engines, increasing the output power by keeping their stability is very important. Therefore, by performing parametric study, the parameters with more effects on the output power and stability are determined and considered as optimization variables. In order to perform multiobjective optimization of output power and stability of the freepiston Stirling engine, a proper objective function is selected and one of the methods in genetic algorithm is employed using optimization software Modefrontier. Finally, values of variables, before and after optimization and also, percentage of improvements in output power and stability of the freepiston Stirling engine are presented.