عنوان پایان‌نامه
کنترل بهینه توزیع دما در فرآیند خنک سازی شیشه ها با در نظر گرفتن اثرات تابش
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1782;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 45025
- تاریخ دفاع
- ۳۰ تیر ۱۳۸۹
- دانشجو
- رسول نصراصفهانی
- استاد راهنما
- فرشاد کوثری
- چکیده
- یکی از مهم ترین فرایندهای موجود در تولید شیشه فرایند خنک شدن آن است. شیشه داغ در طی این فرایند تا دمای محیط خنک می شود. در طول این فرایند، توزیع دمای گذرا کنترل نشده، موجب پایین آمدن کیفیت محصول نهائی می شود. بنابراین هدف کنترل تاریخچه دمای گذرا در شیشه است. بدین منظور ضریب انتقال حرارت به عنوان متغیری تابع زمان است که این تاریخچه دمایی را کنترل می کند. به عبارتی دیگر، هدف پیدا کردن ضریب انتقال حرارت جابجایی است که تاریخچه دمایی مطلوب را در شیشه ایجاد کند. کد عددی معکوس به روش گرادیان های مزدوج نوشته شده و از روش حجم محدود برای حل مستقیم معادله انتقال حرارت تشعشعی بهره برده شده است. هندسه مورد استفاده دو بعدی بوده و از اثرات طیفی نیز صرف نظر شده است. حل مستقیم برای انواع شرایط مرزی حل شده و نتایج گزارش شده است. همچنین اثرات پارامترهای موثر نظیر البدو پراکنشی در حل مستقیم مورد تحلیل قرار گرفته است. به طور مثال اثر افزایش البدو پراکنش پایین آمدن اثرات انتقال حرارت تشعشعی و در نتیجه کند شدن فرایند خنک سازی است. در قسمت کنترل بهینه نشان داده شده که به خوبی می توان با افزایش ضریب انتقال حرارت جابجایی در طول زمان، فرایند سرمایش را کنترل کرد. در حل معکوس نیز اثر البدو پراکنش بررسی شده و نشان داده شده است که با افزایش این پارامتر نیاز به اعمال ضریب انتقال حرارت جابجایی بالاتر برای کنترل فرایند است.
- Abstract
- This thesis is concerned with an optimal boundary control of the cooling down process of glass, an important step in glass manufacturing. In other words, the objective of this work is controlling the temperature history in cooling down process. The glass geometry is a -D square which is cooling down with radiation and convection heat transfer equally on all four faces. Glass is assumes as a grey, absorbing, emitting and anisotropically scattering medium. Since the computation of the complete radiative heat transfer equations is too complex for optimization purposes, we use FVM method to model radiative heat transfer. The thesis contains two main parts. In the First one, the direct problem of glass cooling process is solved. Different boundary condition is imposed and the surfaces and the effect of different parameters like scattering albedo are shown in the process. For instance, in convection on the walls as boundary condition, it is shown that by increasing of Bi during cooling, the speed of cooling specially near the walls increases. Also by increasing the scattering albedo that causes the decrease of the radiation effects, the speed of cooling decreases. For constant temperature on the walls as boundary condition, it is found that by decreasing N which cause the increase of radiation effects, the cooling process is hasten, while the increase of emissivity of the enclosure the opposite effect is shown. On the other hand, by increasing the emissivity of the walls the speed of cooling decreases. The numerical analysis is also validated by comparing predictions to available data. In the second part the optimal control of glass cooling process is analyzed. The optimal control problem is considered as a constrained optimization problem. The control variables are the dimensionless heat transfer coefficients at the boundary of the domain or Bi as a function of time. The function to be minimized is the sum of squares of the differences between the desired and calculated transient temperature at the surface. For inverse design calculations the Conjugate Gradient Method (CGM) is employed, in which the sensitivity coefficients are defined and used as needed by the algorithm. Our investigation shows that the presented algorithm is able to control the transient temperature at the surface accurately. It is found that by variation of Bi during cooling, the desired temperature history is gained. The Bi should be increase in time, because the radiation heat transfer decreases rapidly as the temperature decreases. By increasing the scattering albedo and consequently decreasing the radiation effects, higher Bi is needed for gaining the desired temperature history at the surface.
