بهینه سازی قدرت هیتر برای پردازش حرارتی

ماژول بهینه سازی COMSOL یک ابزار قدرتمند برای بهبود عملکرد دستگاه ها و سیستم های شما است. در اینجا، ما به بهینه سازی توان اعمال شده به دو بخاری در یک کانال جریان با هدف گرم کردن سیال تا حد امکان در حین عبور از کانال و در عین حال محدود کردن دمای پیک در خود هیترها نگاه خواهیم کرد. یکی از کاربردهای این تکنیک بهبود کارایی فرآیندهای حرارتی است.

گرم کردن یک سیال، یک سناریوی پردازش حرارتی

بیایید یک مورد بسیار ساده از عبور سیال از یک کانال را با چند گرم کننده در طرفین کانال در نظر بگیریم. هدف هیترها گرم کردن سیال تا حد امکان است، اما دمای سطح بخاری کمتر از مقدار مشخصی است. برای این مثال، سیال را هوا در نظر می گیریم که در دمای 20 درجه سانتی گراد وارد کانال می شود و می خواهیم دمای سطح بخاری ها را زیر 95 درجه سانتی گراد نگه داریم.

ما مدل سازی خود را با استفاده از رابط جریان غیر همدما شروع می کنیم . این به ما اجازه می دهد تا سرعت ورودی و دما و یک مرز باز را در خروجی تنظیم کنیم. سایر مرزهای کانال در حالت پیش‌فرض «دیوار، بدون لغزش» و دو شار حرارتی باقی مانده است.هر کدام 5 وات روی دو مرز کانال اعمال می شوند. نیروی حجمی یک اصطلاح شناوری اضافه می کند که به دلیل جهت عمودی کانال، جریان را تسریع می کند.

هنگامی که این مدل را حل کردیم، می‌توانیم میدان سرعت و دما را بررسی کنیم:

رابط جریان غیر همدما به طور خودکار یک متغیر پس پردازش مفید را در مرز باز تنظیم می‌کند : دمای وزن-جریان جرم، comp1.nitf.open1.Tave .. این متغیر سرعت غیر یکنواخت در خروجی و همچنین هرگونه تغییر چگالی در سیال را محاسبه می کند. این میانگین وزنی دما در مرز خروجی حدود 61 درجه سانتیگراد است، در حالی که حداکثر دما در بخاری ها کمی بالاتر از 90 درجه سانتیگراد است. هدف از بهینه سازی ما این است که دمای وزن شده در خروجی را تا حد ممکن گرم کنیم، در حالی که دمای بخاری را زیر 95 درجه سانتیگراد نگه داریم.

راه اندازی مشکل بهینه سازی در COMSOL

سناریوی فوق را می توان با ماژول بهینه سازی با استفاده از الگوریتم بهینه سازی Nelder-Mead حل کرد . الگوریتم نلدر مید می‌تواند یک تابع هدف را در نظر بگیرد که نسبت به متغیرهای طراحی به طور منطقی صاف است، و محدودیت‌هایی که به راه‌حل محاسبه‌شده بستگی دارد و همچنین کران‌هایی روی متغیرهای طراحی می‌توان گنجاند. بیایید نگاهی به نحوه تنظیم این بیاندازیم.

ما با افزودن یک رابط Optimization به شاخه Study شروع می کنیم که تابع هدف، محدودیت ها و متغیرهای طراحی را تعریف می کند.

الگوریتم بهینه سازی Nelder-Mead با تمام تنظیمات پیش فرض استفاده می شود.

تابع هدف به حداکثر رساندن دمای میانگین وزنی با جریان جرمی در خروجی است.

متغیرهای طراحی، قدرت بخاری هستند.

محدودیت هایی بر روی حداکثر دما در بخاری ها اعمال می شود.

هدف جهانی میانگین دمای خروجی است و محدودیت این است که دمای بخاری ها زیر 95 درجه سانتیگراد بماند. دو متغیر کنترل Heater1 و Heater2 هستند که پارامترهای جهانی هستند که برای تعریف توان کل در هر بخاری استفاده می شوند. یک کران پایین 0 W مشخص شده است و هیچ کران بالایی داده نمی شود. با تنظیمی که نشان داده شده است، می توانیم راه حل را محاسبه کنیم.

پس از اجرای بهینه سازی، می بینیم که دمای پیک در بخاری ها زیر 95 درجه سانتی گراد باقی می ماند. دمای وزنی در خروجی کمی کمتر از 70 درجه سانتیگراد است و قدرت بخاری اول و دوم به ترتیب 7.9 وات و 4.0 وات است.

نتیجه

ماژول بهینه سازی برای یافتن قدرت بخاری استفاده شد که هوا را تا حد امکان گرم می کند در حالی که دمای اوج بخاری ها را زیر یک مقدار مشخص نگه می دارد. این رویکرد برای مدل سازی و بهینه سازی کنترل فرآیند مفید است. در صورت تمایل به دریافت این مدل لطفا با نماینده فروش محلی خود تماس بگیرید.