Düz ve modifiye şekilli plaka kanatlı ısı alıcılarının optimum çalışma koşulları ve geometrik boyutlarının çok amaçlı genetik algoritma kullanılarak sayısal olarak belirlenmesi
Numerical determination of optimum working conditions and geometric dimensions of plain and modified shaped plate fin heat sinks using multi objective genetic algorithm
Yazar: METİN EFE
Danışman: DOÇ. DR. MUHAMMET NASIF KURU
Tarsus Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Tasarım optimizasyonu = Design optimization

Özet:
Bu çalışmada, düz plaka kanatlı ısı alıcıları (PKIA) ve modifiye şekilli plaka kanatlı ısı alıcılarının (MŞ-PKIA) optimum çalışma koşulları ve geometrik boyutları çok amaçlı genetik algoritma kullanılarak sayısal olarak belirlenmiştir. Amaç fonksiyonları taban plakası sıcaklığının, entropi üretiminin ve kütlenin en aza indirilmesidir. Optimizasyon değişkenleri PKIA ve MŞ-PKIA'larda giriş hızı (V_in), kanat yüksekliği (H_fin) ve kanat sayısıdır (N_L). Plaka kanat formu, MŞ-PKIA'lar için iki optimizasyon değişkeni eklenerek ayarlanır, bunlar çıkıntı yüksekliği (H_rib) ve akış yönündeki desen sayısıdır (W_p). Çok amaçlı optimizasyon problemleri için maksimum taban plakası sıcaklık sınırı (T_base<70 °C) olarak belirlenmiştir. Optimizasyon problemlerini çözmek için çok amaçlı genetik algoritma (MOGA) kullanılmış ve sayısal optimizasyon çalışması için üç boyutlu parametrik modeller sonlu hacim yaklaşımı kullanılarak çözülmüştür. Akış daimi, sıkıştırılamaz ve türbülanslıdır, ısı alıcısındaki ısı transferi birleşik ısı transferi olarak modellenmiştir. İncelenen amaç fonksiyonları açısından MŞ-PKIA'lar daha iyi performans göstermektedir. Optimum tasarımlar için MŞ-PKIA ve PKIA'nın T_taban değerleri 60,23 ve 65,25 olup kütle değerleri aynıdır. PKIA'nın optimum tasarımına göre T_taban'ın %7,69 azaldığı bulunmuştur.

Abstract:
Optimum working conditions and geometric dimensions of plain plate fin heat sinks (PFHSs) and modified shaped plate fin heat sinks (MS-PFHSs) are numerically determined in this study. The objective functions are minimizations of base plate temperature, entropy generation and mass. For both PFHSs and MS-PFHSs, optimization variables include inlet velocity (V_in), fin height (H_fin), and number of fins (N_L). Plate fin form is adjusted for MS-PFHSs by adding two optimization variables: the rib height (H_rib) and the number of patterns in the flow direction (W_p). For the multi-objective optimization problems, the maximum base plate temperature limit (T_base<70 °C) is used. The multi-objective genetic algorithm (MOGA) is used to solve each optimization issue, and three-dimensional parametric models for numerical optimization work are examined using the finite volume approach. The flow is steady, incompressible, and turbulent, and heat transfer in the heat sink is represented by Conjugate Heat Transfer (CHT). It is shown that MS-PFHSs outperform in terms of the analyzed objective functions. For the optimum designs, T_base values of MS-PFHS and PFHS are 60.23 and 65.25 while the mass values are same. It is found that T_base decreases 7.69% with respect to PFHS's optimum design.