بهینه سازی ترمودینامیکی سیستم های انتقال حرارت در کاربردهای صنعتی مبتنی بر الگوریتم های فراابتکاری

در بسیاری از صنایع انرژی بر، سامانه های انتقال حرارت نقش اساسی در بهبود بهره وری انرژی، کاهش اتلاف حرارتی و افزایش کارایی فرآیندهای صنعتی ایفا می کنند. با این حال، طراحی و بهره برداری بهینه از این سامانه ها به دلیل ماهیت غیرخطی، چندمتغیره و چندهدفه روابط ترمودینامیکی، به یک مسئله پیچیده بهینه سازی تبدیل شده است. روش های کلاسیک بهینه سازی اغلب در مواجهه با چنین مسائل پیچیده ای با محدودیت هایی مانند همگرایی به بهینه های محلی و ناتوانی در مدیریت هم زمان چندین هدف متضاد مواجه هستند. در این راستا، الگوریتم های فراابتکاری به عنوان ابزارهای قدرتمند محاسباتی برای حل مسائل پیچیده مهندسی مورد توجه قرار گرفته اند.پژوهش حاضر با هدف ارائه یک چارچوب تحلیلی برای بهینه سازی ترمودینامیکی سیستم های انتقال حرارت در کاربردهای صنعتی، مبتنی بر الگوریتم های فراابتکاری انجام شده است. در این مطالعه، ابتدا یک مدل مفهومی و ترمودینامیکی عمومی برای سیستم های انتقال حرارت صنعتی تدوین گردید که در آن شاخص هایی نظیر بازده انرژی، بازده اگزرژی، نرخ انتقال حرارت و افت فشار به عنوان معیارهای اصلی عملکرد در نظر گرفته شدند. سپس مسئله بهینه سازی به صورت یک مسئله چندهدفه فرمول بندی گردید که هدف آن بیشینه سازی کارایی حرارتی و حداقل سازی اتلاف انرژی و افت فشار در سامانه است. برای حل این مسئله، از الگوریتم های فراابتکاری مبتنی بر جمعیت مانند الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی ازدحام ذرات و الگوریتم تکاملی تفاضلی به منظور جستجوی فضای پاسخ و دستیابی به مجموعه ای از راه حل های بهینه پارتو استفاده شد.نتایج تحلیل مفهومی نشان می دهد که به کارگیری الگوریتم های فراابتکاری در بهینه سازی ترمودینامیکی سیستم های انتقال حرارت می تواند به طور قابل توجهی کارایی انرژی را افزایش داده و هم زمان محدودیت های عملیاتی و طراحی را مدیریت کند. همچنین، مقایسه عملکرد الگوریتم ها نشان می دهد که رویکردهای فراابتکاری چندهدفه قادرند مجموعه ای از راه حل های بهینه را برای تصمیم گیری مهندسی فراهم آورند که امکان انتخاب مناسب ترین حالت بهره برداری را بر اساس شرایط عملیاتی مختلف فراهم می کند. نوآوری این پژوهش در ارائه یک چارچوب عمومی برای تلفیق تحلیل ترمودینامیکی و روش های فراابتکاری در بهینه سازی سامانه های انتقال حرارت صنعتی است که می تواند به عنوان مبنایی برای طراحی و بهبود سامانه های حرارتی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

بهینه سازی ترمودینامیکی ، سیستم های انتقال حرارت صنعتی ، الگوریتم های فراابتکاری ، بهینه سازی چندهدفه ، تحلیل اگزرژی ، بهره وری انرژی