30057

بهينه سازي عملكرد سردسازهاي گرماصوتي

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا گرايش آئروديناميك

1399

1402/07/09

سيد مصطفي حسينعلي پور

مهندسي مكانيك

در اين پژوهش، سردساز لوله پالسي به عنوان يك نوع مهم از سردساز‌هاي گرماصوتي، مورد بررسي قرار گرفته است. سردساز‌هاي گرماصوتي به دليل پايداري بيشتر، كارايي عالي و تأثيرات كمتر زيست محيطي بر ساير سيستم‌هاي تبريد مرجح هستند. اين سردساز‌ها كاربردهاي فراوان و گسترده‌اي در بسياري از صنايع مختلف از جمله صنعت هوافضا، كرايوژنيك، صنايع پزشكي و ... دارند. اين تحقيق با استفاده از روش‌هاي شبيه‌سازي تئوري و عددي ارائه شده، عملكرد اين دستگاه‌ها را مورد ارزيابي قرار داده و برخي از بهينه‌سازي‌هاي ممكن را پياده سازي كرده است. بررسي مبتني بر فازور و قياس الكتريكي تاثير پارامترهاي مختلف بر عملكرد سرمايشي سيستم را نشان داده است. اين بررسي نشان داد كه فرآيند سردسازي زماني كارآمد است كه فشار و جريان جرمي داراي اختلاف فاز مناسبي در هر نقطه از سردساز باشند. پس از آن، شبيه‌سازي عددي CFD براي دو مطالعه موردي مجزا انجام شده‌است كه فرايندهاي جريان نوساني و انتقال حرارت يافت‌شده در سردساز لوله پالسي نوع اينرتانس را نشان مي‌دهد. در فاز بعدي تحقيق، نرم‌افزار SAGE به عنوان يكي از ابزارهاي كارآمد در اين زمينه معرفي و مورد استفاده قرار گرفت. نتايج به‌دست آمده از نرم افزار SAGE با داده‌هاي حاصل از شبيه‌سازي CFD مقايسه شدند و علت انحرافات موجود مورد بررسي قرار گرفت. در انتها، چند مدل شبكه عصبي(در حالات مختلف ورودي) براي پيش‌بيني توان سرمايشي در سردسازهاي لوله‌ پالسي(هم¬محور) با استفاده از داده‌هاي شبيه‌سازي شده در نرم افزار SAGE، پياده‌سازي و بهينه‌سازي شد. مطابق با نتايج پيش‌بيني شده توسط شبكه عصبي، عواملي همچون فركانس و فشار عملياتي سيستم، قطر داخلي و خارجي بازياب و ابعاد مكانيزم تغيير فاز، بيشترين تاثير را در بهينه‌سازي سردساز داشته‌اند. با بهره‌گيري از شبكه¬ عصبي بكار گرفته شده، توان سرمايشي تا حدود يك وات افزايش پيدا كرده است.

1402/08/20

Optimization of Thermoacoustic Refrigerators Performance

9/30/2024 12:00:00 AM

This study investigates the pulse tube cryocooler, a prominent variant of thermoacoustic refrigerators, renowned for their stability, efficiency, and eco-friendliness, with applications spanning industries such as aerospace, cryogenics, and medicine. This research assesses the performance of pulse tube cryocoolers and implements optimizations through a combination of theoretical analyses, numerical simulations, and phasor studies to understand the influence of various parameters on the system’s cooling performance. The analysis indicates that optimal cooling is achieved when pressure and flow maintain a suitable phase difference at every point within the cryocooler. Numerical CFD simulations are then presented, depicting the oscillatory flow and heat transfer processes inherent to inertial type pulsed tube cryocoolers through two distinct case studies. Subsequently, SAGE software is incorporated as a proficient tool for comparisons with CFD simulation data, elucidating any deviations present. Further, various neural network models are employed to predict and optimize the cooling power in co-axial pulse tube cryocoolers using simulated data from SAGE software. The results underscore the substantial impact of several factors including operating frequency, system pressure, regenerator diameters, and phase change mechanism dimensions on system optimization. Utilizing these neural network models led to a notable increase in cooling power, reaching up to approximately 1 watt.

بهينه سازي , گرماصوتي , نرم افزارSAGE , لوله پالسي , شبكه عصبي

Optimization , thermoacoustics , SAGE software , pulse tube , neural network

Mohamad Hossein Rafi

Seyed Mostafa Hosseinalipoor, Professor