عنوان پایان‌نامه
طراحی وبهینه سازی مبدلهای حرارتی چندجریانی
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-انرژی و محیط زیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 881.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 43125
- تاریخ دفاع
- ۳۱ خرداد ۱۳۸۸
- دانشجو
- سارا ایمان شایان
- استاد راهنما
- محمدحسن پنجه شاهی
- چکیده
- از اولین باری که مبدلهای حرارتی چند‌جریانه مورد استفاده قرار گرفتند، تا کنون زمان زیادی نمی‌گذرد. تبادل حرارتی همزمان چندین سیال تنها در یک واحد انتقال حرارت، و ایجاد صرفه‌جویی‌های قابل ملاحظه در فضا، انرژی، تأمین ساختار نگهدارنده، و انعطاف‌پذیری این مبدلها در کاربرد‌‌های گوناگون، طراحان را بر آن داشته تا در‌‌صدد توسعه روشهای طراحی این ساختار‌‌های فشرده برآیند. اگرچه تا کنون روشهای گوناگونی برای طراحی اینگونه مبدلها در مقالات و کتب ارائه شده است، لیکن در هیچکدام از آنها موضوع مهم افت فشار جریانها به عنوان یک پارامتر قابل بهینه‌سازی در نظر گرفته نشده است. اما همانطورکه می‌دانیم، در یک سیستم حرارتی بهینه، برای برآورد کردن هزینه‌های واقعی، هزینه تأمین افت فشار جریانها نیز باید به عنوان یک پارامتر مهم طراحی در سرمایه‌گذاری کلی منظور شود. برای نیل به این هدف، تحقیقی ارائه شده است که در آن اثرات افت فشار جریانها، روی میزان سطح مورد نیاز مبدل مورد بررسی قرار گرفته و یک الگوریتم طراحی برای محاسبه بهترین مقادیر افت فشار جریانها، جهت رسیدن به حداقل هزینه کل سالیانه ارائه شده است. به این منظور هزینه‌های کلی سالیانه مبدل به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده و با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی SA و بهره‌گیری اصول تکنولوژی پینچ به حداقل مقدار خود رسیده است. در ادامه پس از ارائه یک الگوریتم طراحی، کاربرد روش جدید در مثال‌هایی مورد مطالعه قرار گرفته است. سپس برای ارزیابی میزان بهبود نتایج حاصل از بهینه‌سازی و نیز دقت و کیفیت این روش، مقایسه‌ای با یکی از جدیدترین روشهای طراحی موجود، که بر پایه بیشینه‌سازی افت فشارها می‌باشد و توسط پیکون_ نونز ارائه شده است، صورت گرفته است. نتیجه مقایسه‌ها و ارزیابی‌ها، صحت کاربرد روش جدید را در رسیدن به نتایج بهینه تأیید و تصدیق می‌کند
- Abstract
- This study presents a new approach based on considering the optimum pressure drop values (?Ps), when designing the multi-stream heat exchangers (MSHE). A hybrid method of Simulated Annealing algorithm (SA) and Pinch Thermodynamic concepts is presented to design and optimization of MSHE. The main objective is minimizing the total annual cost (TAC), taking into account the optimum ?Ps, which has been achieved by a trade-off between operating and capital costs. The design methodology developed in this research involves the following seven major steps: (1) Construction of composite curves to determine enthalpy intervals and heat load of streams in each interval (2) Calculation of maximum velocity for streams according to allowable ?Ps (3) Calculation of maximum allowable ?Ps per length of unit (?PL) (4) Implementation of SA optimizer to minimize the objective function. The output results are optimum fin specifications and number of passages per stream, ?PL, heat transfer areas and minimum TAC per length of unit (5) Determination of the greatest heat duty of the stream process through each interval, which is met by two streams, Calculation of volume, length and height of the blocks based on these two streams. (6) Calculation of ?Ps, heat transfer areas and minimum TAC for unit (7) Reconciliation of block dimensions by ?P relaxation The proposed method presents important improvements compared to latest method presented by Picon-Nunez (2002). (1) The new method can be reliably used for all flow conditions of co-current, counter-current and cross flows, where the current method is only applicable for counter-current arrangement. (2) The current method is not flexible in determination of the optimum number of passages and selection of fins per streams, as these parameters are calculated at the end of procedure based on achieved geometrical specifications. In new method, however, the number of passages (channels) of each stream and fins are optimized as design variables. (3) In current method, two streams i.e. the critical and reference streams determine the dimensions of the blocks, whereas here, all streams are involved in determination of geometrical specifications of the exchanger. (4) The presented method avoids from the assumption of linear ?P distributions, which was the main consideration of current method. The new procedure is applied to an example discussed previously in literature. The results proved that the algorithm not only significantly explores the solution with lower TAC, but also it allows to better utilization of ?Ps through the heat recovery network.
