Genetik algoritma ile gövde borulu ısı değiştiricisi optimal tasarımı
Optimal design of shell and tube heat exchanger using genetic algorithm
Yazar: SERDAR ÇOLAK
Danışman: YRD. DOÇ. DR. ÜMİT KURŞUN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Genetik algoritmalar = Genetic algorithms ; Isı = Heat ; Isı değiştiriciler = Heat exchangers ; Optimizasyon = Optimization

Özet:
Isı değiştiricileri, farklı sıcaklıklardaki iki veya daha fazla akışkan arasında ısı geçişini sağlayan cihazlardır. Isı değiştiricileri ısıtma, soğutma, ikimlendirme sistemleri, kimya endüstrisi, taşıtlar, termik santraller ve neredeyse tüm üretim alanlarında kullanılmaktadır. Kullanıldığı yere göre çeşitli tiplerde bulunabilen ısı değiştiricilerinin dizaynı ve optimizasyonu büyük önem taşımaktadır. Endüstride en yaygın kullanılan ısı değiştiricilerinden biri gövde borulu ısı değiştiricileridir.Bu tezin amacı, gövde borulu ısı değiştiricilerinin ilk yatırım maliyeti ile enerji tüketim maliyetini içeren toplam maliyet fonksiyonunu minimize etmek için bir rastsal arama metodu olan genetik algoritma metodunun uygulanmasıdır.Belirlenen amaç doğrultusunda, sıcak akışkanın akış yeri, boru geçiş sayısı, boru diziliş şekli, boru dış çapı, gövde dış çapı, şaşırtma levhası kesme oranı ve şaşırtma levhaları arası mesafe dizayn değişkenleri olarak seçilmiş ve optimizasyon, basınç düşümü ile ekonomik koşullar dikkate alınarak yapılmıştır.Bir veri grubu içerisinden özel bir veriyi bulmak için kullanılan parametre kodlama esasına dayanan bir arama tekniği olan genetik algoritma yöntemini uygulamak üzere FORTRAN programlama diliyle arayüze sahip bir yazılım geliştirilmiştir.Tezde, ısı değiştiricilerinin kısaca tanım, tip ve özelliklerinden bahsedilmiştir. Gövde borulu ısı değiştiricileri özellikleri ve hesaplamaları ayrıntılı olarak incelenmiştir, tarihçesi, işleme yordamı, özellikleri, kullanım alanları, operatörleri ve parametreleri anlatılmıştır.Genetik algoritma uygulaması ile gövde borulu ısı değiştiricileri için tasarım esnekliği sağlayabilecek benzer kalitede çoklu çözümler hızlı bir şekilde elde edilmiş ve sonuçlar analiz edilmiştir.

Abstract:
Heat exchangers are devices that allow heat transfer between two or more fluids. Heat exchangers are used in heating, cooling, air-conditioning, chemical industry, vehicles, thermal reactors and almost all production areas. The design and optimization of heat exchangers that may have various types depending on their usage area, carry a great importance. One of the most widely used heat exchangers in industry, is shell and tube heat exchangers.The aim of this study is to apply a random search method, genetic algorithm, to minimize the total cost function that includes the initial investment and the energy consumption costs.For the specified purpose, hot fluid allocation, number of tube passes, tube layout, tube outer diameter, shell outer diameter, baffle cut and baffle spacing are selected as the design variables and optimization of shell and tube heat exchanger is achieved taking into account the pressure drop and economic conditions.In order to apply, genetic algorithm, a search technique based on parameter coding, which is used for finding a specific data within a data group, a software with a graphical user interface is developed using FORTRAN.In this thesis, definition, types and specifications of heat exchangers are briefly mentioned. Specifications and calculations of shell and tube heat exchangers are discussed in detail. The algorithm, history, processing routine, specifications, areas of use, operators and parameters of genetic algorithm are explained.With the application of genetic algorithm, quantitively similar multiple solutions that would provide design flexibility are obtained for shell and tube heat exchangers and the results are analized.