بهینه‌یابی موقعیت منابع حرارتی در جابجایی طبیعی توأم با تابش سطحی در یک محفظه دو بعدی به کمک الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند

2 استادیار ، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند

چکیده

در این مقاله، تحلیل عددی انتقال حرارت جابجایی طبیعی توأم با تابش سطحی در یک محفظه دو بعدی، به منظور یافتن موقعیت بهینه منابع حرارتی شارثابت مرزی برای مینیم‌سازی دمای سطح منابع حرارتی به کمک الگوریتم ازدحام ذرات انجام می‌شود. هوا به عنوان یک سیال تراکم ناپذیر و محیط درون محفظه شفاف و جریان سیال آرام و پایا در نظر گرفته می‌شود. سطوح محفظه نیز کدر، پخشی و خاکستری فرض می‌شود. معادلات حاکم با فرمول‌بندی تابع جریان و ورتیسیته با روش اختلاف محدود حل می‌شود. دمای ماکزیمم سطح منابع حرارتی و موقعیت منابع حرارتی به ترتیب به عنوان تابع هدف و متغیرهای طراحی انتخاب می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد مقدار مینیمم دمای بی‌بعد ماکزیمم سطح منبع حرارتی با افزایش ضریب صدور یا عدد رایلی، کاهش می‌یابد. با افزایش عدد رایلی نیز موقعیت بهینه منابع حرارتی برای چیدمان با یک منبع حرارتی و دو منبع حرارتی به سمت کف نزدیک می‌شود. با افزایش ضریب صدور در هر عدد رایلی نیز موقعیت بهینه مرکز سطح منابع حرارتی به سمت مرکز نزدیک می‌شود و در چیدمان با دو و سه منبع حرارتی به یکدیگر نزدیک است.

کلیدواژه‌ها


[1] de Vahl Davis G, Jones IP (1983) Natural convection in a square cavity: a comparison exercise. Int J Numer methods fluids 3: 227-248.

[2] Cheikh N Ben, Beya B Ben, Lili T (2007) Influence of thermal boundary conditions on natural convection in a square enclosure partially heated from below. Int Commun heat mass Transf 34: 369-379.

[3] Chu H-S, Churchill SW, Patterson CVS (1976) The effect of heater size, location, aspect ratio, and boundary conditions on two-dimensional, laminar, natural convection in rectangular channels. J Heat Transfer 98: 194-201.

[4] Türkoglu H, Yücel N (1995) Effect of heater and cooler locations on natural convection in square cavities. Numer Heat Transf Part A Appl 27: 351-358.

[5] Ngo I-L, Byon C (2015) Effects of heater location and heater size on the natural convection heat transfer in a square cavity using finite element method. J Mech Sci Technol 29: 2995-3003.

[6] Da Silva AK, Lorente S, Bejan A (2004) Optimal distribution of discrete heat sources on a wall with natural convection. Int J Heat Mass Transf 47: 203-214.

[7] Rahimi-Gorji M, Ghajar M, Kakaee A-H, Ganji DD (2017) Modeling of the air conditions effects on the power and fuel consumption of the SI engine using neural networks and regression. J Brazilian Soc Mech Sci Eng 39: 375-384.

[8] Kadiyala PK, Chattopadhyay H (2011) Optimal location of three heat sources on the wall of a square cavity using genetic algorithms integrated with artificial neural networks. Int Commun Heat Mass Transf 38: 620-624.

[9] پایان س, عظیمی فر آ (2017) کمینه‌سازی میزان انتقال حرارت از محفظه های مستطیلی با جابجایی آزاد در نسبت-های منظری مختلف با یافتن مشخصات آرایه‌ای ازپره‌های نازک عایق به وسیله الگوریتم کوچ پرندگان. نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر.

[10] Baïri A, de María JMG, Baïri I, et al (2012) 2D transient natural convection in diode cavities containing an electronic equipment with discrete active bands under constant heat flux. Int J Heat Mass Transf 55: 4970-4980.

[11] Soleimani S, Ganji DD, Gorji M, et al (2011) Optimal location of a pair heat source-sink in an enclosed square cavity with natural convection through PSO algorithm. Int Commun Heat Mass Transf 38: 652-658.

[12] Sawant SM, Rao CG (2008) Conjugate mixed convection with surface radiation from a vertical electronic board with multiple discrete heat sources. Heat Mass Transf 44: 1485.

[13] Ahamad SI, Balaji C (2016) Inverse conjugate mixed convection in a vertical substrate with protruding heat sources: a combined experimental and numerical study. Heat Mass Transf 52: 1243-1254.

[14] Hotta TK, Muvvala P, Venkateshan SP (2013) Effect of surface radiation heat transfer on the optimal distribution of discrete heat sources under natural convection. Heat Mass Transf 49: 207-217.

[15] Raji A, Hasnaoui M (2001) Combined mixed convection and radiation in ventilated cavities. Eng Comput 18: 922-949.

[16] Ridouane EH, Hasnaoui M, Amahmid A, Raji A (2004) Interaction between natural convection and radiation in a square cavity heated from below. Numer Heat Transf Part A Appl 45: 289-311.

[17] Howell JR, Menguc MP, Siegel R (2010) Thermal radiation heat transfer. CRC press.

[18] Kennedy J, Eberhart R (1995) Proceedings of IEEE international conference on neural networks. Perth, Aust.

[19] Eberhart R, Kennedy J (1995) A new optimizer using particle swarm theory. In: Micro Machine and Human Science, 1995. MHS’95., Proceedings of the Sixth International Symposium on IEEE 39-43

[20] Zaraki A, Othman MF Bin (2009) Implementing particle swarm optimization to solve economic load dispatch problem. In: Soft Computing and Pattern Recognition, 2009. SOCPAR’09. International Conference of IEEE 60-65.

[21] Shi Y, Eberhart R (1998) A modified particle swarm optimizer. In: Evolutionary Computation Proceedings, 1998. IEEE World Congress on Computational Intelligence, The 1998 IEEE International Conference on IEEE 69-73.

[22] Ding P (2012) Solution of inverse convection heat transfer problem using an enhanced particle swarm optimization algorithm. J Heat Transfer 134: 11702.

[23] de Vahl Davis G (1983) Natural convection of air in a square cavity: a bench mark numerical solution. Int J Numer methods fluids 3: 249-264.

[24] Sharif MAR, Mohammad TR (2005) Natural convection in cavities with constant flux heating at the bottom wall and isothermal cooling from the sidewalls. Int J Therm Sci 44: 865-878.

[25] Wang H, Xin S, Le Quéré P (2006) Étude numérique du couplage de la convection naturelle avec le rayonnement de surfaces en cavité carrée remplie d’air. Comptes Rendus Mécanique 334: 48-57.

[26] Pant M, Thangaraj R, Abraham A (2009) Particle swarm optimization: performance tuning and empirical analysis. Found Comput Intell 3: 101-128.

[27] Bejan A, Lorente S (2008) Design with constructal theory.