ПАРАМЕТРИЧНА ОПТИМІЗАЦІЯ ГІДРОДИНАМІЧНИХ ТА ТЕПЛОВИХ ПАРАМЕТРІВ ТЕПЛООБМІННОГО ОБЛАДНАННЯ МЕТОДАМИ ТЕОРІЇ ПОДІБНОСТІ ТА РОЗМІРНОСТЕЙ
PARAMETRIC OPTIMIZATION OF HYDRODYNAMIC AND THERMAL PARAMETERS OF HEAT EXCHANGE EQUIPMENT BASED ON SIMILARITY THEORY AND DIMENSIONAL ANALYSIS
Сторінки: 172-176. Номер: №5, 2020 (289)
Автори:
М.В. МАРЧЕНКО, В.О. ХАРЖЕВСЬКИЙ
Хмельницький національний університет
M. MARCHENKO, V. KHARZHEVSKYI
Khmelnytskyi National University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2020-289-5-172-176
Рецензія/Peer review : 06.11.2020 р.
Надрукована/Printed : 27.11.2020 р.
Анотація мовою оригіналу
У статті представлено метод оптимізації гідродинамічних та теплових параметрів теплообмінного обладнання. Запропонований метод ґрунтується на використанні CFD-додатку SolidWorks Flow Simulation в поєднанні з методами теорії подібності та розмірностей. Отримане в результаті досліджень критеріальне рівняння дозволяє швидко знаходити параметри моделі, які задовольняють умови оптимізації.
Ключові слова: теплообмінник, оптимізація, теорія подібності та розмірностей, обчислювальна гідродинаміка.
Розширена анотація англійською мовою
The technique of optimization of hydrodynamic and thermophysical parameters of countercurrent heat exchanger is given in the article. The presented technique is based on the usage of computational fluid dynamics (CFD) application SolidWorks Flow Simulation with subsequent approximation of the obtained data by the criterion equation based on similarity theory and dimensional analysis. It is known that the course of processes occurring in the heat exchange equipment is influenced by a large number of parameters, in particular geometric sizes, thermophysical properties of heat carriers etc. Therefore, the optimization problem is multifactorial and in order to simplify the mathematical model, it was decided to use the methods of similarity and dimension theory. As an optimization criterion was chosen the efficiency of the heat exchanger that is an integrated characteristic of the optimal operation of heat exchangers. The proposed methods of parametric optimization of geometric and mode parameters of the shell-and-tube heat exchanger, although the proposed technique can be extended to other types of heat exchange equipment. The database containing information about all the parameters of the studied models allows for multifactor analysis in MathCAD 15 application in order to establish the unknown constants of the criterion equation. The obtained criterion equation allows to quickly find the appropriate modes of operation of the heat exchanger that satisfy the conditions of the objective function.
Key words: heat exchanger, optimization, similarity theory, dimensional analysis, computational fluid dynamics.
References
- Alyamovskij A.A. Komp’yuternoe modelirovanie v inzhenernoj praktike / A.A. Alyamovskij, A.A. Sobachkin, E.V. Odincov. – SPb. : BHV-Peterburg, 2005. 800 s.
- Arsenyeva O.P., Tovazhnyansky L.L., Kapustenko P.O. Optimal design of plate and frame heat exchangers for efficient heat recovery in process industries, – Energy, 2011, vol. 36, pp. 4588–4598.
- Liu C., Bu W., Xu D. Multi-objective shape optimization of a plate-fin heat exchanger using CFD and multi-objective genetic algorithm, – International Journal of Heat and Mass Transfer, 2017, vol. 111, 65–82.
- Raja B.D., Patel V.K., Jhala R.L. Thermal design and optimization of fin-and-tube heat exchanger using heat transfer search algorithm, – Thermal Science and Engineering Progress, 2017, vol. 4, pp. 45–57.
- Spravochnik po teploobmennikam: V 2-h t. T.1 / Per. s angl., pod red. S. Petuhova, V.K. SHikova. M. : Energoatomizdat, 1987. 560 s.
- Hauzen H. Teploperedacha pri protivotoke, pryamotoke i perekrestnom toke : Per. s nemeck. / H.Hauzen. – M. : Energoizdat, 1981. – 384 s.
- Novikov I.I. Teoriya podobiya v termodinamike i teploperedache / I.I. Novikov, V.M. Borishanskij. – M. : Atomizdat, 1979. – 184 s.
- Makarov E. Inzhenernye raschety v Mathcad 15: uchebnyj kurs / E. Makarov – SPb.: Piter, 2011. – 400 s.
