عنوان پایان‌نامه
به کار بردن الگوریتم ژنتیک و روش مونت کارلو ۳بعدی در به دست آوردن مکان و وضعیت زاویه ای بهینه جسم در کوره حاوی گاز موثر در تابش
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2253;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 56157
- تاریخ دفاع
- ۳۰ آبان ۱۳۹۱
- دانشجو
- علیرضا سعیدمنش
- استاد راهنما
- فرشاد کوثری
- چکیده
- در این پایان¬نامه، به بهینه¬سازی مکان و جهت قرارگیری جسم در داخل یک محفظه¬ی تشعشعی سه بعدی به منظور ایجاد همزمان یک توزیع شار تشعشعی یکنواخت و دمای مطلوب بر روی کلیه سطوح جسم طراحی پرداخته شده است. محفظه تشعشعی مورد نظر به شکل یک اتاقک استوانه¬ای با کلاهک نیم¬کروی با محیط گازی موثر در تابش و با سطوح پخشی می¬باشد که یک گرمکن با توزیع شار یکنواخت در سقف آن تعبیه شده در حالی که سایر سطوح آن عایق می¬باشند. جسم طراحی مورد نظر دارای شکلی نامتقارن است که جهت ایجاد همزمان یک توزیع شار تشعشعی یکنواخت و دمای مشخص بر روی کلیه سطوح آن می¬بایست دمای گرمکن و مکان و جهت قرارگیری جسم طراحی به درستی انتخاب گردد. این گونه مسائل طراحی که در آنها شرایط دما و شار بر روی سطح طراحی معلوم بوده و هدف به دست آوردن شرایط بر روی سایر سطوح و شرایط جسم طراحی می¬باشد را مسائل طراحی مرزی معکوس می¬نامند. در این پایان¬نامه، روش مونت کارلو جهت بدست آوردن شار تشعشعی بر روی سطوح و روش الگوریتم ژنتیک جهت بهینه¬سازی مسئله به¬کار رفته است. روش مونت کارلو یک روش آماری (تصادفی) می¬باشد که قادر به شبیه¬سازی اغلب پروسه¬های فیزیکی است. این روش در آنالیز بسیاری از مسائل تابش با هندسه¬های پیچیده مورد استفاده قرار می¬¬گیرد و نتایج آن به حل دقیق بسیار نزدیک می¬باشد. در مطالعه صورت گرفته بر روی محفظه تشعشعی مذکور، تابش به صورت تعداد مجزایی از بسته انرژی یا فوتون گسیل شده از سطح گرمکن در نظر گرفته می¬شود. با تعقیب کردن مسیر تصادفی مجموعه¬ی این فوتون¬ها تا زمان جذب آنها، ضرایب توزیع سطوح نسبت به یکدیگر به¬دست می¬آیند. با به¬کارگیری این ضرایب، شار تبادل شده¬ی تشعشعی بین سطح گرمکن و وجوه جسم طراحی به¬دست می¬آید. یکی از معایب این روش پرهزینه و زمان¬بر بودن از نظر محاسبات رایانه¬ای می¬باشد. به همین دلیل در حل مسئله¬ی بهینه¬سازی مورد نظر، می¬توان از روش¬های برنامه¬نویسی موازی و پردازش به وسیله¬ی کارت گرافیک بهره برد. در بهینه¬سازی صورت گرفته، تابع هدف براساس مجموع مربعات تفاضل مقادیر شار حرارتی محاسبه شده و شار حرارتی مطلوب تعریف می¬شود که با روش الگوریتم ژنتیک کمینه می¬گردد. به این ترتیب، با استفاده از روش مونت¬کارلو سه بعدی و الگوریتم ژنتیک، مقادیر بهینه دمای گرمکن، مکان و جهت¬گیری زاویه¬ای جسم طراحی بدست می¬آیند.
- Abstract
- In this article an optimal position and orientation for a design object in a three dimensional furnace filled with participating media is determined. The objective is to achieve uniform desired radiation heat flux for a uniform desired temperature on each surface of object. The shape of the investigated furnace is like a cylindrical room with a semi-spherical lid with diffuse surfaces. A heater with a uniform temperature distribution is located on the semi-spherical surface. The bottom and side surfaces of the furnace are isolated, i.e., re-Radiative surfaces. The design object has an asymmetric geometry; therefore having uniform radiation heat flux with desired temperature on all the object surfaces requires attaining the heater surface temperature and design object’s position properly. Such problems in which the temperature and the heat flux of the object’s surfaces are known and the aim is to find the enclosure’s boundary conditions which supply these desired thermal conditions are called inverse boundary problems. In this investigation, the Monte Carlo Ray Tracing Method is used to find the radiation heat fluxes on the design surfaces. Also, Genetic Algorithm is employed as the optimization method. The Monte Carlo method is a random statistical method that is used to simulate many physical phenomena. This method is used to analyze many radiation problems with complex geometries and its results are quite near the exact solution ones. In this method radiation is considered as individual bundles of energy called photons. By following the random path of photons till their absorptions, distribution factors can be obtained. By using these factors, net radiation heat fluxes between the surfaces are obtained. The greatest disadvantage of MCRTM is being expensive and time consuming cause of wide computer calculations. Therefore parallel processing or graphical processing is often used in such cases. In this optimization problem, objective function is defined as sum of squared differences between the main object surfaces heat flux and the desired ones which will be optimized by the Genetic Algorithm. Thus, the optimized heater surface temperature and the optimized position and angular orientation of the design object are found by using 3D Monte Carlo Method.
