کمینه‌سازی میزان انتقال حرارت از محفظه های مستطیلی با جابجایی آزاد در نسبت های منظری مختلف با یافتن مشخصات آرایه‌ای ازپره های نازک عایق به وسیله الگوریتم کوچ پرندگان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

چکیده

در این مقاله محاسبه مشخصات بهینه پره های نازک متصل به دیوار گرم در محفظه­های بسته با جابه­جایی آزاد در نسبت­های منظری مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. معادلات پیوستگی، ممنتوم و انرژی به وسیله روش حجم محدود، گسسته می شوند و معادلات به وسیله الگوریتم سیمپلر حل می شوند. پر هها روی دیوار گرم متصل می شوند و از الگوریتم بهینه سازی کوچ پرندگان برای بهین هسازی مکان و طول پره ها استفاده شده است. برای مدل سازی پره های با هدایت حرارتی بالا، ضرایب بدون بعد دیفیوژن معادلات ممنتوم و انرژی بی نهایت، و برای مدل سازی پره های عایق ضرایب دیفیوژن معادلات ممنتوم و انرژی به ترتیب بی نهایت و بسیار کوچک قرار داده شده است. هدف، یافتن مشخصات بهینه آرایه پره های متصل شده به دیوار گرم محفظه های مستطیلی است به نحوی که انتقال حرارت از دیوار سرد کمینه شود. برای این کار نتایج الگوریتم کوچ پرندگان با مقادیر مرجع مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که الگوریتم کوچ پرندگان قادر به پیدا کردن مشخصات بهینه آرای های از پره ها است که تا به حال با استفاده از روش های دیگر محاسبه نشده است. نتایج به دست آمده نشان داد که با افزایش نسبت منظری و افزایش تعداد پره ها )افزایش تعداد متغیرها( ممکن است الگوریتم کوچ پرندگان توانایی لازم جهت یافتن بهینه کلی را نداشته باشد. این موضوع با چند تست عددی مورد بررسی قرار گرفت. به این ترتیب با کاهش تعداد متغیرها )ثابت نگه داشتن مکان( و یافتن تنها طول هر یک از پره ها و همچنین افزایش تعداد ذرات در فضای نمونه مشخص شد دقت الگوریتم را می توان افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Minimization of Rate of Heat Transfer from Rectangular Cavities with Free Convection in Various Aspect Ratios for Finding Characteristics of an Array of Adiabatic Thin Fins by PSO Algorithm

نویسندگان [English]

  • S. Payan
  • A. Azimifar
Department of Mechanical Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده [English]

In the present paper, the calculation of the optimum characteristics of thin fins attached to the hot wall in closed cavities with different aspect ratios has been investigated. Free convection is predominant in the cavity. The equations of continuity, momentum, and energy are discretized by means of finite volume method and the equations will be solved by a SIMPLER algorithm. The fins are connected to the hot wall and Particle Swarm algorithm is used to optimize the location and the length of fins. In order to model fins with high heat transfer, the dimensionless diffusion coefficients of momentum and energy equations are set equal to infinity and for the modeling of insulator fins, these coefficients are considered infinite and very small, respectively. The aim is to find the optimum characteristics of the array of fins attached to the hot wall in the rectangular cavities in such a way that the heat transfer from the cold wall is minimized. The results of particle swarm optimization algorithm are compared with the reference amounts. Results show that the particle swarm optimization algorithm is capable to find the optimum characteristics of an array of fins that is not calculated by the other methods, until now. The obtained results showed that with the increase of aspect ratio, the increase of the number of fins (increase in the number of variables), the particle swarm optimization algorithm might not have the needed ability to find the general optimum. This issue was studied by some numerical tests. Therefore, it was concluded that by decreasing the number of variables (Fixed location) and finding only the length of each fin, and also by increasing the number of particles in the sample space, the accuracy of the algorithm can be increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Natural convection
  • Particle swarm algorithm
  • Adiabatic thin fins
  • Aspect ratios

مراجع

[1] M. Hasnaoui, P. Vasseur, E. Bilgen, Natural convection in rectangular enclosures with adiabatic fins attached on the heated wall, Wärme-und Stoffübertragung, 27(6) (1992) 357-368.
[2] A. Nag, A. Sarkar, V. Sastri, Natural convection in a differentially heated square cavity with a horizontal partition plate on the hot wall, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 110(1-2) (1993) 143-156.
[3] E. Lakhal, M. Hasnaoui, E. Bilgen, P. Vasseur, Natural convection in inclined rectangular enclosures with perfectly conducting fins attached on the heated wall, Heat and Mass Transfer, 32(5) (1997) 365-373.
[4] L. Adjlout, O. Imine, A. Azzi, M. Belkadi, Laminar natural convection in an inclined cavity with a wavy wall, International Journal of Heat and Mass Transfer, 45(10) (2002) 2141-2152.
[5] X. Shi, J. Khodadadi, Laminar natural convection heat transfer in a differentially heated square cavity due to a thin fin on the hot wall, Journal of Heat Transfer, 125(4) (2003) 624-634.
[6] E. Bilgen, Natural convection in cavities with a thin fin on the hot wall, International Journal of Heat and Mass Transfer, 48(17) (2005) 3493-3505.
[7] A. Da Silva, L. Gosselin, On the thermal performance of an internally finned three-dimensional cubic enclosure in natural convection, International Journal of Thermal Sciences, 44(6) (2005) 540-546.
[8] H. Ambarita, K. Kishinami, M. Daimaruya, T. Saitoh, H. Takahashi, J. Suzuki, Laminar natural convection heat transfer in an air filled square cavity with two insulated baffles attached to its horizontal walls, Thermal Science and Engineering, 14(3) (2006) 35-46.
[9] A. Ben-Nakhi, A.J. Chamkha, Conjugate natural convection in a square enclosure with inclined thin fin of arbitrary length, International Journal of Thermal Sciences, 46(5) (2007) 467-478.
[10] R. Nogueira, M. Martins, F. Ampessan, Natural convection in rectangular cavities with different aspect ratios, Thermal Engineering, 10(1-2) (2011) 44-49.
[11] A. Elatar, M.A. Teamah, M.A. Hassab, Numerical study of laminar natural convection inside square enclosure with single horizontal fin, International Journal of Thermal Sciences, 99 (2016) 41-51.
[12] M.J. Colaço, H.R. Orlande, Inverse natural convection problem of simultaneous estimation of two boundary heat fluxes in irregular cavities, International Journal of Heat and Mass Transfer, 47(6-7) (2004) 1201-1215.
[13] A. Da Silva, L. Gosselin, Optimal geometry of L and C-shaped channels for maximum heat transfer rate in natural convection, International Journal of Heat and Mass Transfer, 48(3-4) (2005) 609-620.
[14] S. Payan, S.H. Sarvari, H. Ajam, Inverse boundary design of square enclosures with natural convection, International Journal of Thermal Sciences, 48(4) (2009) 682-690.
[15] H. Azarkish, S. Sarvari, A. Behzadmehr, Optimum geometry design of a longitudinal fin with volumetric heat generation under the influences of natural convection and radiation, Energy Conversion and Management, 51(10) (2010) 1938-1946.
[16] H. Azarkish, S. Sarvari, A. Behzadmehr, Optimum design of a longitudinal fin array with convection and radiation heat transfer using a genetic algorithm, International Journal of Thermal Sciences, 49(11) (2010) 2222-2229.
[17] M. Aounallah, M. Belkadi, L. Adjlout, O. Imine, Numerical shape optimization of a confined cavity in natural convection regime, Computers & Fluids, 75 (2013) 11-21.
[18] A. Azimifar, S. Payan, Enhancement of heat transfer of confined enclosures with free convection using blocks with PSO algorithm, Applied Thermal Engineering, 101 (2016) 79-91.
[19] A. Farahmand, S. Payan, S.H. Sarvari, Geometric optimization of radiative enclosures using PSO algorithm, International Journal of Thermal Sciences, 60 (2012) 61-69.
[20] Y. Shi, R.C. Eberhart, Parameter selection in particle swarm optimization, International Conference on Evolutionary Programming, (1998) 591-600.
[21] R.l. Perez, K. Behdinan, Particle swarm approach for structural design optimization, Computers & Structures, 85(19-20) (2007) 1579-1588.
[22] F. van den Bergh, A.P. Engelbrecht, A new locally convergent particle swarm optimiser, the Proceedings of the IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics, (2002), 66-69
[23] C. Yang, D. Simon, A new particle swarm optimization technique, the Systems Engineering, ICSEng. 18th International Conference on, (2005) 164-169.
[24] M. Clerc, J. Kennedy, The particle swarm-explosion, stability, and convergence in a multidimensional complex space, IEEE transactions on Evolutionary Computation, 6(1) (2002) 58-73.
[25] I. Catton, Natural convection in enclosures, Proceedings of the Sixth International Heat Transfer Conference, (1978) 13-31.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 50، شماره 2
خرداد و تیر 1397
صفحه 295-308

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار