Experimental and Numerical Optimization Study on an Airfoil-Shaped Heat Exchanger

翼型 热交换器 传热 参数统计 计算机科学 NTU法 板翅式换热器 板式换热器 数学优化 机械工程 工程类 数学 结构工程 机械 物理 统计
作者
Xuesen Yang,Wei Zhao,Xianda Cheng,Wei Dong,Wei‐Wei Luo,Qingjun Zhao
出处
期刊:Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy [SAGE Publishing]
卷期号:237 (7): 1526-1538
标识
DOI:10.1177/09576509231169545
摘要

Heat exchanger design is a laborious and time-consuming task that often relies on a trial-and-error process. In light of this, our study proposes a design method for optimizing airfoil-shaped heat exchangers using the improved stochastic ranking evolutionary strategy (ISRES) algorithm. The ISRES algorithm provides significant advantages in identifying the global optimum, surpassing genetic algorithms (GAs). In the present study, the thermal model of the heat exchanger protype was validated using experimental techniques. Additionally, the ISRES algorithm was employed for the optimization of a plate-fin heat exchanger with airfoil-shaped fins by minimizing the total heat transfer area and pressure drops, while considering the main geometrical parameters of the exchanger as the design variables. The corresponding computer code was developed, and two case studies were conducted. In case study 1, the total heat transfer area was saved up to 25.7%, while in case study 2, the objective function value reached its minimum value of 0.0738. The numerical results demonstrate that the ISRES algorithm can be successfully applied in optimizing heat exchangers. Finally, a parametric analysis was conducted to evaluate the sensitivity of the proposed method to the heat transfer area.
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