• Autor: Łukasz Peroński
  • Tytuł pracy: Fin geometry optimisation in cross-flow
  • Opiekunowie: Prof. dr hab. inż. Ryszard Białecki, Prof. Derek B. Ingham (CFD Centre, University of Leeds, U.K.

Zapotrzebowanie na coraz bardziej efektywne i tanie wymienniki ciepła skłania do poszukiwania nowych metod optymalizacji. Obecnie zwyczajną praktyką jest intuicyjne wprowadzanie zmian i testowanie prototypów oraz wykorzystywanie empirycznych zależności cechujących się niewielką dokładnością. Alternatywą dla takich procedur może być wykorzystanie algorytmów optymalizacyjnych (np. algorytmów genetycznych) sprzężonych z oprogramowaniem modelującym przepływ ciepła i płynów.
Celem pracy było sprawdzenie ewentualnej przydatności algorytmów genetycznych sprzężonych z komercyjnym oprogramowaniem CFD (Fluent i Gambit) do rozwiązywania problemów optymalizacyjnych przepływu ciepła w wymiennikach ciepła.

Zasadniczą częścią pracy było wykonanie modułu wewnątrz algorytmu genetycznego, który sterował tworzeniem geometrii, wymianą danych oraz analizą potencjalnych rozwiązań problemu (Sterował pracą programów Gambit i Fluent).
Przedmiotem optymalizacji był wymiennik przedstawiony na Rys. 1. Zmiennymi decyzyjnymi były wymiary zaznaczone na tym rysunku, a celem uzyskanie jak największego strumienia ciepła wymienianego między czynnikami.

Image
Rys.1. Schemat optymalizowanego wymiennika

Proces optymalizacji przeprowadzono przy założeniu jednakowej temperatury wewnętrznych ścian rur oraz jednakowych warunków fizycznych dla każdego żebra. Tak więc moduł sterujący budował (przy pomocy programu Gambit) model tylko jednego żebra zamiast całego wymiennika.

Na Rys.2 przedstawiono rozkład temperatury na powierzchni zoptymalizowanego żebra.

Image
Rys. 2. Rozkład temperatury na powierzchni zoptymalizowanego żebra


Na poniższym rysunku przedstawiono jakość wymiennika w kolejnych generacjach tworzonych przez algorytm genetyczny (postęp procesu optymalizacji).

Image
Rys. 3. Przebieg procesu optymalizacji