Bu tədqiqat, additiv istehsalla üretiləbilən üçlü periodik minimal səthli (TPMS) kompakt istilik dəyişdiricilərinde iç səth sahəsinın daha etkili kullanılmasını amaçlamaktadır. Tədqiqatçılar, saptırıcıları yalnızca turbulentlikı artıran engeller kimi değil; isti və soyuq axınları aşşəbəkəı dirençli kısa yollardan uzaklaştıran, durgun bölgeleri azaltan və iki axının ortak TPMS divarı üzərindəki karşılaşmasını düzenleyen axın idarəetmə elementləri kimi ele almıştır.

Önerilən iki seviyeli optimizasyon metodinde xarici dövr, izin vərilən təzyiq itkisina uygun bir təmsili axın yolu uzunluğu aramaktadır. İç döngü ise yol uzunluğu, girişe yakın dönüşler, kanal eni düzenliliği, ölü zonaler və isti-soyuq qarşı axın uyumu hakkında hesaplanması ucuz fiziki ön bilgilər kullanarak genetik alqoritmyı yönlendirmektedir. Yüksek maliyetli COMSOL CFD analizleri bütün adayları taramak üçün değil, ön elemeden geçen az sayıdaki tasarımın təzyiq itkisinı doğrulamak və istilik ötürülməsini sıralamak üçün kullanılmaktadır.

Temsilî P tipi, 1 m/s giriş hızlı və 20 kPa təzyiq itkisi sınırlı durumda önerilən metod, yalnızca 10 CFD qiymətləndirməsiyle 37,96 W istilik ötürülməsine ulaşmıştır. Aynı sınır altında doğrudan CFD ilə çalışan geleneksel genetik alqoritm təxminən 100 qiymətləndirməyle 28,97 W, saptırıcısız TPMS çekirdek ise 21,63 W üretmiştir. Böylece önerilən tasarım saptırıcısız referansa görə %75,5, doğrudan genetik alqoritmnın en iyi uygulanabilir sonucuna görə təxminən %31 daha yüksək istilik ötürülməsi sşəbəkəlamıştır.

Altı fərqli TPMS yapısı və tədqiqat koşulunda, təzyiq itkisi sınırını sşəbəkəlayan en iyi tasarımların saptırıcısız eşdeğerlerine görə istilik ötürülməsi artışı %24,4 ilə %78,6 arasında değişmiştir. Ancak yalnızca temsilî 20 kPa P tipi durumda doğrudan genetik alqoritmyla tam kontrollü karşılaştırma yapılmıştır. Sonuçlar rəqəmsal simulyasiyaa dayanmaktadır; additiv istehsalla üretilmiş prototip, eksperimental istilik dəyişdiricisi testi, səth pürüzlülüğü, kirlenme, üretim toleransı və yapısal dayanım doğrulaması yoxdur.

TPMS istilik dəyişdiricilərinde büyük səth sahəsi neden tek başına yeterli deyil?

Üçlü periyodik minimal səthler, uzayda üç yönde tekrar eden, düzgün eğriliğe sahip və birbirine temas etmeyen iki axın şəbəkəı oluşturan geometrilərdir. Bu özellikler TPMS yapılarını yüksək səth sahəsi yoğunluğu, kesintisiz axın kanalları və additiv istehsala uygun karmaşık geometriləri nedeniyle kompakt istilik dəyişdiriciləri üçün çekici hâle getirmektedir.

Bununla birlikte toplam iç səth sahəsinın büyük olması, bu səthin tamamının istilik ötürülməsine etkin biçimde katıldığı anlamına gelmez. İki bşəbəkəlantılı açık kanal şəbəkəı üçünde axınkan, girişten çıkışa ən aşşəbəkəı dirençli yolu tercih edə bilər. Bu durumda bazı bölgelerde yüksək hızlı kısa devre yolları oluşurken başka bölgelerde aşşəbəkəı hız, yetersiz besleme və ya durgunluk görülebilir. Isı eşanjörünün fiziki kimi mevcut səthi, axın tarafından yeterince süpürülmediği üçün termal kimi zayıf kullanılabilir.

Tədqiqatnın Şekil 1 karşılaştırması bu mekanizmayı açıkça göstərir. Saptırıcısız yapıda axın çizgiləri giriş ilə çıkış arasında belirli koridorlarda yoğunlaşmakta, çekirdeğin geniş bölümleri aşşəbəkəı hızda kalmaktadır. Saptırıcılar eklendiğinde isti və soyuq axınların yolları uzamakta, axın çekirdeğin fərqli kesimlerine yönelmekte və aşşəbəkəı hızlı bölgelerin bir bölümü yeniden etkinleşmektedir.

Saptırıcıların geleneksel istilik dəyişdiricilərinden fərqli rolü

Gövde-boru tipi istilik dəyişdiricilərinde saptırıcılar çoğunlukla axını çapraz yönlendirmek, turbulentlikı yükseltmek və sınır tabakayı bozmak üçün kullanılır. TPMS kanallarında ise axınkan birbirine bşəbəkəlı gözenekler arasında fərqli rotalara geçebildiğinden saptırıcının əsas görəvi doğrudan turbulentlik üretmekten çok axın yolunu yönetmektir.

Tədqiqatçıların yaklaşımında bir saptırıcı şu görəvleri yerine getirmektedir:

• Giriş ilə çıkış arasındaki aşırı kısa və aşşəbəkəı dirençli yolları engellemek,
• Akışı yeterince kullanılmayan TPMS bölgelerine yönlendirmek,
• Yerel daralma və genişlemelerin aşırılaşmasını önlemek,
• Akışın girişe yakın keskin dönüşlerle gereksiz basınç kaybetmesini azaltmak,
• Sıcak və soyuq axınların ortak divar boyunca qarşı axın düzenine daha uygun ilərlemesini sşəbəkəlamak,
• Belirli bir nasoslama gücü və ya təzyiq itkisi sınırı üçünde daha fazla səthi termal kimi etkinleştirmek.

Temel optimizasyon problemi nasıl tanımlanmıştır?

Soğuk və isti taraftaki saptırıcı düzenleri sırasıyla \(B^c\) və \(B^h\) ilə gösterilmektedir. Amaç, təzyiq itkisi üst sınırını aşmadan CFD ilə hesaplanan istilik ötürülməsini ən yüksək düzeye çıkarmaktır:

\[ \max_{B^c,B^h} J_{\mathrm{CFD}}\left(B^c,B^h\right) \quad \text{koşuluyla} \quad \max\left(\Delta p_c,\Delta p_h\right)\leq\Delta p_{\max} \]

Burada \(J_{\mathrm{CFD}}\), tam axın və istilik ötürülməsi çözümünden elde edilən termal amaç fonksiyonunu; \(\Delta p_c\) və \(\Delta p_h\), soyuq və isti taraftaki basınç kayıplarını; \(\Delta p_{\max}\) ise her iki axın devresi üçün izin vərilən ən yüksək təzyiq itkisinı ifade etmektedir.

Tədqiqatda nihai seçim ölçütü, iki tarafta hesaplanan ısı transferlerinin ortalamasıdır:

\[ Q=\frac{Q_c+Q_h}{2} \]

\(Q_c\) və \(Q_h\), sırasıyla soyuq və isti axın tarafından hesaplanan istilik ötürülməsi değerleridir. Dış səthlerin adyabatik olduğu sabit hâl çözümünde bu iki değerin birbirine yakın olması beklenmektedir. Aralarındaki küçük fark, rəqəmsal enerji dengesi kalıntısını yansıtmaktadır.

Basınç kaybı neden hidravlik bütçe kimi yorumlanmıştır?

Bütün karşılaştırmalarda hacimsel debilər sabit tutulmuştur. Tek bir axın devresinin nasoslama gücü şu bşəbəkəıntıyla ifade edilir:

\[ W_p=\frac{\Delta p\,\dot{V}}{\eta_p} \]

Burada \(W_p\), gerekli nasoslama gücünü; \(\Delta p\), təzyiq itkisinı; \(\dot{V}\), hacimsel debiyi və \(\eta_p\), pompa vərimini göstərir. Debi və pompa vərimi sabit olduğunda təzyiq itkisinı sınırlamak, izin vərilən nasoslama gücüne bir üst sınır koymakla eşdeğerdir.

İki axın devresinin toplam nasoslama gücü şu biçimdedir:

\[ W_{p,\mathrm{toplam}}=\frac{\Delta p_c\dot{V}_c}{\eta_c}+\frac{\Delta p_h\dot{V}_h}{\eta_h} \]

Bu nedenle tədqiqat, təzyiq itkisinı dikkate almadan mümkün olan ən yüksək istilik ötürülməsini aramamaktadır. Asıl soru, belirlenen hidravlik izin üçünde ne kadar yararlı termal kapasite elde ediləbiləceğidir.

Ancak bütün tasarımların gerçek nasoslama gücü birbirine eşit deyil. Basınç kaybı sınırı yalnızca ortak bir üst hidravlik izin tanımlar. Bazı tasarımlar bu iznin küçük bir bölümünü, bazıları ise sınırın neredeyse tamamını kullanmaktadır.

Saptırıcı geometrisi rəqəmsal kimi nasıl temsil edilmişdir?

Her axın kanalı yapılandırılmış Kartezyen hücrelerden oluşan bir ızgaraya ayrılmıştır. Yatay və dikey hücre sınırlarında saptırıcı bulunup bulunmadığı ikili matrislerle gösterilmiştir:

\[ B^Q=\left(B^{H,Q},B^{V,Q}\right) \]

\[ B^{H,Q}\in\{0,1\}^{N_x\times(N_y+1)}, \qquad B^{V,Q}\in\{0,1\}^{(N_x+1)\times N_y} \]

\(Q\), soyuq və ya isti kanalı; \(B^{H,Q}\), yatay saptırıcı parçalarını; \(B^{V,Q}\), dikey saptırıcı parçalarını temsil etmektedir. Bir değerinin bulunması ilgili sınırda saptırıcı olduğunu, sıfır ise geçişin açık olduğunu göstərir.

Bu divar düzeninden, axınkanın erişebildiği hücreleri gösteren \(C^Q\) erişiləbilirlik alanı oluşturulmuştur. Açık hücreler bir grafın düğümleri, aralarında saptırıcı olmayan komşu hücreler ise grafın kənarları kimi tanımlanmıştır. Böylece her saptırıcı düzeni, girişten çıkışa ulaşılabilir yolları bulunan bir bşəbəkəlantı problemine dönüştürülmüştür.

İki seviyeli optimizasyon neden istifadə edilmişdir?

Her genetik alqoritm adayının doğrudan tam CFD ilə çözülmesi çok yüksək hesablama maliyeti oluşturur. Tədqiqat bu sorunu, görəvleri dış və daxili dövr arasında ayırarak çözmeye çalışmıştır.

Dış döngü: basınç sınırına uygun yol uzunluğunu bulma

Dış döngü, \(L_{\mathrm{tar}}\) ilə gösterilən hedef temsilî yol uzunluğunu ikili aramayla ayarlamaktadır. Akış yolu uzadıkça hidravlik direncin genellikle yükselmesi beklendiği üçün yol uzunluğu, təzyiq itkisinın ucuz hesaplanabilən bir təxminən kontrol değişkeni kimi istifadə edilmişdir.

Her deneme yol uzunluğunda iç optimizasyon bir aday düzen üretmekte, aday COMSOL ilə çözülmekte və iki taraftaki ən yüksək təzyiq itkisi sınırla karşılaştırılmaktadır. Aday sınırın altında kalırsa daha uzun bir yol denenmekte; sınırı aşarsa yol kısaltılmaktadır. Alt və üst yol sınırları arasındaki fark bir ızgara biriminin altına indiğinde kabul ediləbilir hedef uzunluk belirlenmektedir.

İç döngü: belirlenen uzunluk üçün saptırıcı yerleşimini bulma

İç döngü, soyuq və isti taraftaki saptırıcıları genetik alqoritmyla aramaktadır. Ancak adayları CFD ilə değil; axının fiziki kimi nasıl davranması gerektiğini təxminən biçimde temsil eden beş ön bilgiyle puanlamaktadır. Böylece çok sayıda geometrik aday hızlı biçimde elenmekte, CFD yalnızca umut vərici küçük bir aday kümesine uygulanmaktadır.

Tədqiqatnın Şekil 2 iş axınında ilk kimi təzyiq itkisi sınırı və giriş-çıkış koşulları tanımlanmakta, ardından xarici dövr hedef yol uzunluğunu ikili aramayla güncellemektedir. İç genetik alqoritm her hedef üçün isti və soyuq tarafta aday saptırıcı düzenleri üretmekte; son hedef uzunlukta en iyi beş tasarım tam CFD ilə doğrulanarak nihai düzen seçilmektedir.

Temsilî axın yolu nasıl çıkarılmıştır?

Her kanalda erişiləbilir hücrelerden oluşan graf üzərində giriş ilə çıkış arasındaki en kısa yol belirlenmiştir. Aynı uzunlukta birden fazla yol varsa en az dönüş yapan yol seçilmiştir:

\[ P^Q=\left(p^Q_1,p^Q_2,\ldots,p^Q_{n_Q}\right), \qquad p^Q_1=s^Q,\quad p^Q_{n_Q}=t^Q \]

Burada \(P^Q\), temsilî yolu; \(p^Q_m\), yol üzərindəki hücre merkezini; \(s^Q\) və \(t^Q\), giriş və çıkış düğümlerini göstərir. Izgara kənarı sayısı cinsinden yol uzunluğu şöyledir:

\[ L(P^Q)=n_Q-1 \]

Yol çıkarılmadan əvvəl giriş-çıkış bşəbəkəlantısını və ya yerel genişliği değiştirmeyen gereksiz divar parçaları kaldırılmıştır. Bu işlem, fiziki axını etkiləmeyen saptırıcıların genetik alqoritm tarafından avantajlıymış gibi değerlendirilmesini önlemeyi amaçlamaktadır.

Akış ön bilgiləri hangi fiziki sorunları temsil etmektedir?

1. Hedef yol uzunluğuna uyum

Temsilî yolun xarici dövrden gelen hedefe ne kadar yakın olduğu şu ceza ilə ölçülmektedir:

\[ f^Q_{\mathrm{uzunluk}}=\left|L(P^Q)-L_{\mathrm{tar}}\right| \]

Yol çok kısa kalırsa axın çekirdeğin yeterli bölümünü kullanmayabilir. Aşırı uzun yol ise təzyiq itkisinı yükseltebilir. Bu terim, saptırıcıların hidravlik bütçeye uygun bir rota oluşturmasını sşəbəkəlamaya tədqiqatktadır.

2. Giriş şəbəkəırlıklı dönüş cezası

Akış yolundaki her yön değişimi yerel kayıp oluşturabilir. Tədqiqatda girişe yakın dönüşlere daha yüksək şəbəkəırlık vərilmiştir:

\[ w_{\mathrm{konum}}(i)=1-\frac{i}{n_Q} \]

\(i\), dönüşün yol üzərindəki yerini; \(n_Q\), yolun toplam düğüm sayısını göstərir. Girişe yakın bir dönüş, aşşəbəkəı axın bölgesinin tamamını etkiləyebiləceği üçün çıkışa yakın bir dönüşten daha şəbəkəır cezalandırılmaktadır. Birbirine çok yakın keskin dönüşler de uzun düz kesimlerden sonra gelen tekil dönüşlerden daha yüksək ceza almaktadır.

3. Kanal genişliği düzenliliği

Temsilî yol boyunca yerel kanal genişlikleri ölçülmüş və değişkenlik əmsalsı hesablanmışdır:

\[ CV_w^Q=\frac{\operatorname{std}\left(\{w_m^Q\}\right)}{\operatorname{mean}\left(\{w_m^Q\}\right)} \]

\(w_m^Q\), yolun ilgili noktasında axın yönüne dik doğrultuda ölçülen erişiləbilir kanal enidir. Genişliğin sık sık daralıp genişlemesi axın dispersiyaını bozabilir və yerel basınç kayıpları oluşturabilir. Küçük değişkenlik əmsalsı daha düzenli bir kanal yapısını temsil etmektedir.

4. Ölü bölge və gereksiz yan yol cezası

Her erişiləbilir hücre üçün girişten hücreye və hücreden çıkışa olan en kısa mesafelerin toplamı hesablanmışdır. Bu toplam, doğrudan en kısa giriş-çıkış yolundan ne kadar uzunsa hücre o kadar vərimsiz bir yan rota kimi qiymətləndirilmişdir:

\[ s^Q_{r,c}=d^Q_{\mathrm{giriş},r,c}+d^Q_{\mathrm{çıkış},r,c}-L^Q_{\mathrm{kısa}} \]

En kısa rota üzərində bulunan hücrelerin fazlalık değeri sıfırdır. Ulaşılabilir fakat uzun bir kənaraçıxma gerektiren hücreler pozitif ceza alır. Bşəbəkəlantısız hücrelere ise en kısa yol uzunluğunun on katı büyüklüğünde şəbəkəır bir ceza uygulanmıştır. Kanal düzeyi ölü zona ölçütü bütün erişiləbilir hücrelerin ortalamasıdır.

5. Sıcak-soyuq qarşı axın eşleşmesi

İdeal qarşı axınta isti axının girişine yakın bir bölge, soyuq axının çıkışına; isti axının çıkışına yakın bölge ise soyuq axının girişine karşılık gelmelidir. Tədqiqat, iki kanaldaki normalize edilmiş giriş mesafelerinin toplamının bire yakın olmasını hedeflemektedir:

\[ \frac{d^c_{r,c}}{L_c}+\frac{d^h_{r,c}}{L_h}\approx1 \]

Bu eşleşmeden kənaraçıxma, bütün ortak erişiləbilir hücreler üzərində ölçülerek \(f_{\mathrm{cf}}\) qarşı axın cezasına dönüştürülmüştür. Böylece metod yalnızca soyuq və isti kanalları ayrı ayrı düzenlememekte; iki axının ortak TPMS divarı boyunca termal kimi uygun konumlarda karşılaşmasını da qiymətləndirməktedir.

Birleştirilmiş ön bilgi amacı

Tek bir kanal üçün yol uzunluğu, dönüş, genişlik və ölü zona ölçütleri şəbəkəırlıklı kimi birleştirilmiştir:

\[ f^Q_{\mathrm{tek}}=\lambda_{\mathrm{uzunluk}}\frac{f^Q_{\mathrm{uzunluk}}}{L^Q_{\mathrm{kısa}}}+\lambda_{\mathrm{dönüş}}f^Q_{\mathrm{dönüş}}+\lambda_{\mathrm{genişlik}}f^Q_{\mathrm{genişlik}}+\lambda_{\mathrm{ölü}}\frac{f^Q_{\mathrm{ölü}}}{L^Q_{\mathrm{kısa}}} \]

Soğuk və isti kanalların ortak amaç fonksiyonu şöyledir:

\[ F(B^c,B^h;L_{\mathrm{tar}})=f^c_{\mathrm{tek}}+f^h_{\mathrm{tek}}+\lambda_{\mathrm{cf}}f_{\mathrm{cf}} \]

\(\lambda\) əmsalları fərqli ön bilgilərin görəli önemini belirlemektedir. Ancak bu əmsalların rəqəmsal değerleri tədqiqatda bildirilmemiştir. Bu eksiklik, alqoritmnın bşəbəkəımsız kimi eyni ayarlarla yeniden uygulanmasını güçleştirmektedir.

Ayrıca tənlikler \(F\)'yi ceza terimlerinin toplamı kimi kurduğu və daha aşşəbəkəı değerlerin daha iyi olduğunu açıkladığı hâlde, dönüşümlü genetik alqoritm bölümünde \(F\)'nin “en yükseğe çıkarıldığı” yazılmıştır. Açıklanmayan bir uygunluk dönüşümü kullanılmadıysa bu ifade amaç yönü bakımından metodsel bir tutarsızlıktır.

Genetik alqoritm nasıl çalıştırılmıştır?

Soğuk və isti taraftaki bütün ikili saptırıcı değişkenlerinin eyni anda optimize edilmesi yüksək boyutlu bir kombinatoryal problem oluşturmaktadır. Tədqiqatçılar bu nedenle dönüşümlü optimizasyon kullanmıştır:

1. Sıcak taraf sabit tutulurken soyuq taraftaki saptırıcılar optimize edilmişdir.
2. Güncellenmiş soyuq taraf sabitlenerek isti taraftaki saptırıcılar optimize edilmişdir.
3. İki taraf qarşı axın eşleşmesi üzərindən birbirine uyum sşəbəkəlayıncaya kadar bu işlem tekrarlanmıştır.

Her tek taraflı genetik alqoritm aşamasında 100 bireylik popülasyon və 200 nesil istifadə edilmişdir. Ebevəynler turnuva seçimiyle belirlenmiş, çaprazlama uygulanmış və her ikili divar değişkeni bşəbəkəımsız kimi 0,05 mutasyon olasılığıyla değiştirilmiştir. En iyi birey elitizmle korunmuştur.

Çaprazlama və mutasyondan sonra adaylara onarım işlemi uygulanmıştır. Bu işlem bşəbəkəlantısız və ya havada kalan engel düzenlerini kaldırmış, giriş-çıkış bşəbəkəlantısını yeniden sşəbəkəlamış və temsilî yol uzunluğunu xarici dövrnün hedef değerine yaklaştırmıştır. Yalnızca onarılmış və bşəbəkəlantı koşullarını sşəbəkəlayan adaylar ön bilgi amacıyla puanlanmıştır.

CFD modeli və sınır koşulları

Tam axın və istilik ötürülməsi doğrulaması COMSOL Multiphysics 6.4 kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Model, paslanmayan polad TPMS katısı ilə iki qarşı axınlı su devresi arasındaki birleşik istilik ötürülməsini çözmektedir.

• Akış sabit və sıkıştırılamaz kabul edilmişdir.
• Navier-Stokes və enerji tənlikləri birlikte çözülmüştür.
• Soğuk axın giriş istilığı 293 K, isti axın giriş istilığı 353 K kimi sabitlenmiştir.
• Girişlerde hız, çıkışlarda basınç sınır koşulu istifadə edilmişdir.
• Akışkan-katı ara yüzlerinde kaymama, temperatur sürekliliği və istilik axını sürekliliği uygulanmıştır.
• Dış divarlar ısıl kimi yalıtılmış kabul edilmişdir.
• Bütün metodler eyni şəbəkə, sınır koşulları, çözücü ayarları və son işlem metodiyle karşılaştırılmıştır.

Ağ bşəbəkəımsızlığı kontrolü

Ağ duyarlılığı, G tipi, 2 m/s hızlı, derinlik 1 və 60 kPa hedefli nihai saptırıcılı tasarımda incelenmiştir. COMSOL’un Normal, Extra fine və Extremely fine şəbəkəları karşılaştırılmıştır.

Extra fine ilə Extremely fine şəbəkəları arasında istilik ötürülməsi farkı yalnızca %0,18, iki taraftaki toplam təzyiq itkisi farkı təxminən %1,05 olmuştur. Tədqiqatçılar daha yüksək hesablama maliyetinden kaçınmak amacıyla bütün sonraki analizlerde Extra fine şəbəkəı kullanmıştır.

Temsilî 20 kPa karşılaştırması ne göstərmişdir?

Kontrollü karşılaştırma P tipi, bir periyotlu, 1 m/s giriş hızlı və iki taraf üçün 20 kPa təzyiq itkisi sınırlı durumda yapılmıştır. Saptırıcısız referans, doğrudan genetik alqoritm və axın ön bilgili genetik alqoritm eyni CFD çözüm koşullarında karşılaştırılmıştır.

Saptırıcısız çekirdek isti tarafta 15,69 kPa təzyiq itkisina ulaşırken soyuq tarafta yalnızca 0,88 kPa kullanmıştır. Doğrudan genetik alqoritmnın en iyi uygulanabilir tasarımı da soyuq tarafta 1,98 kPa ilə hidravlik iznin büyük bölümünü kullanmamıştır. Önerilən tasarım ise iki axın devresini de 20 kPa sınırına yaklaştırmış və mevcut hidravlik izni daha dengeli biçimde termal kapasiteye dönüştürmüştür.

Şekil 3'te doğrudan genetik alqoritmnın soyuq tarafta nispeten kısa və basit bir rota bıraktığı, axın ön bilgili metodin ise soyuq axını çekirdeğin daha geniş bölümünde dolaştırdığı görülmektedir. Sıcak taraftaki yol daha basit tutulmuş, iki kanal üçün fərqli temsilî uzunluklar seçilmiştir. Nihai düzenin soyuq/isti yol uzunluğu 57/15'tir.

Şekil 4'teki hız alanları, axın ön bilgili tasarımın yüksək hızlı bölgeleri çekirdeğin daha büyük bölümüne yaydığını göstərir. Saptırıcısız yapıda hız belirli koridorlarda yoğunlaşırken önerilən yapıda soyuq və isti axın çizgiləri daha geniş bir TPMS alanını taramaktadır. Sıcaklık haritasında da iki axın arasındaki termal geçiş bölgesi daha geniş və daha düzenli hâle gelmiştir.

On CFD qiymətləndirməsi nasıl istifadə edilmişdir?

Önerilən metodin 10 qiymətləndirməsi iki aşamaya ayrılmıştır. İlk beş qiymətləndirmə, xarici dövrnün basınç sınırına uygun yol uzunluğunu bulması üçün istifadə edilmişdir. Sonraki beş qiymətləndirmə ise belirlenen 57/15 yol uzunluğunda genetik alqoritmnın en iyi beş adayını tam CFD ilə doğrulamıştır.

Basınç arama aşamasındaki bazı adaylar 20 kPa sınırını aşmıştır. Bu durum metodin bütün ara tasarımlarının uygulanabilir olduğu anlamına gelmediğini göstərir. Dış döngünün görəvi, bu ihlallerden yararlanarak yol uzunluğu sınırını düzeltmek və nihai aday kümesini basınç sınırına yaklaştırmaktır.

İlk aşamanın en iyi uygulanabilir sonucu 36,14 W iken son beş adayın doğrulanmasıyla 37,96 W'a ulaşılmıştır. Dolayısıyla yalnızca ilk aşama kullanıldığında da saptırıcısız və doğrudan GA referanslarının üzərində bir nəticə elde edilmişdir; ikinci aşama ek 1,82 W iyiləştirme sşəbəkəlamıştır.

Altı tədqiqat koşulundaki nəticələr

En yüksək artış %78,6 ilə P tipi 25 kPa durumunda, ən aşşəbəkəı artış %24,4 ilə daha uzun 7×12 G tipi tasarım alanında elde edilmişdir. Tədqiqatçılar uzun və dar yapılarda axının saptırıcısız durumda bilə daha düzenli və geçiş yönünde gelişmiş olabiləceğini; bu nedenle yeniden etkinleştiriləbiləcek durgun alanın daha az kaldığını belirtmektedir. Aynı zamanda dar geometrik yapı, yeni saptırıcıların basınç cezasını daha hızlı artırmaktadır.

Daha belirgin ölü alanlara və ya dengesiz axın dispersiyaına sahip koşullarda saptırıcıların iyiləştirme alanı daha geniş olmuştur. Ancak altı koşulun giriş hızı, TPMS yapısı, geometrik derinliği və basınç sınırı fərqlidır. Bu nedenle 113,13 W ilə 37,96 W gibi mutlak değerler koşullar arasında doğrudan performans sıralaması oluşturmak üçün kullanılmamalıdır.

Basınç kaybı grafikleri ne göstərir?

Şekil 6, dış arama və son beş aday boyunca soyuq və isti taraftaki basınç kayıplarını göstərir. P tipi durumlarda soyuq və isti taraf üçün simetrik yol uzunlukları seçildiğinde isti taraftaki təzyiq itkisi çok yükselirken soyuq taraf hidravlik sınırın altında kalmıştır. Dış döngü bu dengesizliği fərqli \(L_c/L_h\) çiftleri seçerek düzeltmiştir.

Yüksek hızlı 60 kPa G tipi durumda ilk aşamadaki yalnızca en kısa yol çifti iki taraflı basınç sınırını sşəbəkəlamıştır. Son beş doğrulama adayının da yalnızca birinci, ikinci və beşinci tasarımları uygulanabilir kalmıştır. Bu nəticə, temsilî yol uzunluğunun təzyiq itkisi üçün yararlı fakat kusursuz bir kestirici olmadığını doğrulamaktadır.

Isı transferi grafikleri nasıl yorumlanmalıdır?

Şekil 7'de yeşil bölgeler basınç sınırını sşəbəkəlayan adayları, gri yatay çizgilər saptırıcısız referansları göstərir. Nihai tasarım yalnızca ən yüksək \(Q\) değerine görə değil, əvvəl basınç sınırını sşəbəkəlaması koşuluyla seçilmiştir.

Bazı basınç sınırını aşan adaylar daha yüksək və ya benzer termal nəticələr üretebilmiştir; ancak bunlar uygulanabilir tasarım kimi kabul edilmemiştir. Bu ayrım mühümdir: saptırıcı ekleyerek istilik ötürülməsini yükseltmek tek başına başarı deyil. Yükselmenin belirlenen hidravlik izin üçünde gerçekleşmesi lazımdır.

Ablasyon tədqiqatsı hangi ön bilgilərin gerekli olduğunu gösterdi?

Tədqiqatçılar yol uzunluğu kontrolünü sabit tutarak diğer dört ön bilgiyi tek tek çıkarmıştır. Bütün varyantlar 57/15 yol çiftinde qiymətləndirilmişdir.

Genişlik düzenliliği çıkarıldığında istilik ötürülməsi tam metode yakın kalmış, fakat isti taraftaki təzyiq itkisi 66,57 kPa ilə sınırın üç katını aşmıştır. Bu terim, birkaç dar boğazda aşırı hidravlik direnç birikmesini önlemektedir.

Giriş şəbəkəırlıklı dönüş cezası kaldırıldığında her iki tarafta da sınır aşılmıştır. Bu nəticə, özellikle girişe yakın və sık dönüşlerin yerel təzyiq itkisinı düzenlemede mühüm olduğunu göstərir.

Ölü bölge cezası çıkarıldığında istilik ötürülməsi yalnızca 0,24 W azalmış; isti tarafta 0,72 kPa sınır aşımı oluşmuştur. Seçilən əsas düzen zaten az sayıda ölü zona içerdiğinden bu terimin termal etkisi sınırlı, hidravlik düzenleyici etkisi daha belirgin kalmıştır.

Sıcak-soyuq qarşı axın eşleşmesi çıkarıldığında basınç sınırı korunmuş, fakat \(Q\) 37,96 W'tan 36,20 W'a düşmüştür. Bu terim hidravlik uygulanabilirliği sşəbəkəlamak üçün değil, iki axının ortak səth üzərindəki termal eşleşmesini geliştirmek üçün tədqiqatktadır.

Tədqiqatnın gösterdiği əsas mekanizma

Sonuçlar, TPMS çekirdeğe yalnızca daha fazla engel eklemenin otomatik kimi daha iyi bir istilik dəyişdiricisi oluşturmadığını göstərir. Saptırıcıların konumu, isti və soyuq axınların yolları, yerel kanal eni və təzyiq itkisinın iki devre arasında dispersiyaı birlikte önem taşımaktadır.

Önerilən metodin başarısı üç bşəbəkəlantılı etkiden mənbəlanmaktadır:

1. Akış, giriş ilə çıkış arasındaki aşşəbəkəı dirençli kısa devre yollarından uzaklaştırılmıştır.
2. TPMS çekirdeğin daha geniş bölümü yüksək və ya orta hızdaki axınla süpürülmüştür.
3. Sıcak və soyuq axınların ortak divar üzərindəki ilərleme yönleri daha uygun qarşı axın düzenine getirilmiştir.

Böylece eyni təzyiq itkisi üst sınırı altında daha fazla iç səth yararlı istilik ötürülməsine katılmıştır. Tədqiqatçıların “səth etkinleştirme” kimi tanımladığı kavram, mevcut geometrik alanın axın və temperatur farkı tarafından gerçekten kullanılmasıdır.

Tədqiqat neyi dəstəkləyir?

Tədqiqat, belirli rəqəmsal koşullar altında axın ön bilgiləriyle yönlendirilən saptırıcı yerleşiminin, TPMS çekirdeklerde təzyiq itkisi sınırını aşmadan saptırıcısız tasarımdan daha yüksək istilik ötürülməsi üretebildiğini dəstəkləyir.

Temsilî 20 kPa durumda eyni ikili divar gösterimi, onarım metodi, CFD çözümü və basınç sınırı kullanıldığında axın ön bilgili metod, doğrudan genetik alqoritmdan daha yüksək \(Q\) değerine təxminən onda bir CFD qiymətləndirməsiyle ulaşmıştır.

Altı koşuldaki nəticələr metodin fərqli P və G tipi yapılar, hızlar, geometrik derinlikler və basınç sınırlarında uygulanabilir adaylar bulabildiğini göstərir. Ancak doğrudan genetik alqoritm karşılaştırması yalnızca bir koşulda tamamlandığı üçün bütün koşullarda algoritmik üstünlük kanıtlanmış deyil.

Tədqiqat neyi sübut etmir?

• Optimize edilən saptırıcıların metal additiv istehsalla xətasız üretiləbiləceği gösterilmemiştir.
• Gerçek bir prototip üzərində istilik ötürülməsi və ya təzyiq itkisi ölçülmemiştir.
• Yüzey pürüzlülüğü, baskı kusurları, kanal tıkanması, kirlenme və uzun dönem korozyon etkiləri modellenmemiştir.
• Saptırıcıların TPMS çekirdeğin mekanik dayanımı və yorulma ömrü üzərindəki etkisi incelenmemiştir.
• Toplam nasoslama gücü doğrudan amaç fonksiyonu kimi optimize edilmemiş; təzyiq itkisi üst sınırı təxminən hidravlik bütçe kimi istifadə edilmişdir.
• Değişken debili, geçici və ya iki fazlı tədqiqat koşulları değerlendirilmemiştir.
• Önerilən metodin bütün TPMS topologiyalerinde və ya bütün Reynolds sayılarında üstün olduğu gösterilmemiştir.
• Algoritmanın genetik şəbəkəırlıkları və bazı yeniden üretim ayarları tam kimi bildirilmemiştir.
• Yöntem hakem qiymətləndirməsindən keçməmiştir.

Türkiyə açısından mühəndislik değeri

Türkiyə’de enerji, savunma, havacılık, hidrojen sistemleri, ısı pompaları, güç elektroniği, batarya termal yönetimi və atık ısı geri kazanımı alanlarında daha küçük hacimde daha yüksək istilik ötürülməsi sşəbəkəlayan eşanjörlere ihtiyaç duyulmaktadır. TPMS yapılar metal additiv istehsalla üretiləbildiği üçün tədqiqat, yalnızca teorik bir geometri analizi değil; iləri üretimle birleştiriləbiləcek bir ön tasarım metodi sunmaktadır.

Yöntemin Türkiyə’deki tədqiqat və ürün geliştirme tədqiqatlarına aktarılabiləcek yönleri şunlardır:

• Yerel kimi üretilən TPMS numuneleri üçün saptırıcı yerleşiminin baskı əvvəlsinde optimize edilmesi,
• Pompa və ya kompresör gücü sınırlı sistemlerde təzyiq itkisi üst sınırının doğrudan tasarım kısıtı kimi kullanılması,
• CFD maliyetini azaltmak amacıyla geometriye özgü axın ön bilgilərinin oluşturulması,
• Sıcak və soyuq axın kanallarının birbirinden bşəbəkəımsız değil, karşılıklı termal eşleşmeyle optimize edilmesi,
• Eklemeli imalat toleransı, minimum divar kalınlığı və destek gereksiniminin genetik alqoritmnın onarım aşamasına eklenmesi,
• Sayısal nəticələrın basınç sensorleri, debimetreler və kalorimetrik ısı dengesiyle eksperimental kimi doğrulanması.

Gerçek bir Türkiyə uygulamasında tədqiqat doğrudan nihai tasarım reçetesi kimi kullanılmamalıdır. Su yerine yşəbəkə, hava, soğutucu axınkan və ya yakıt kullanılması; temperatur aralığı, material, səth kalitesi və pompa vərimi değiştiğinde optimizasyonun yeniden yapılması lazımdır.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Teknik metod özeti

Temsilî karşılaştırmanın ana nəticələrı

• Önerilən metod 37,96 W ilə saptırıcısız referanstan %75,5 daha yüksək istilik ötürülməsi üretmiştir.
• Doğrudan genetik alqoritmnın 28,97 W sonucuna görə artış təxminən %31'dir.
• Önerilən metod 10, doğrudan GA təxminən 100 CFD qiymətləndirməsi kullanmıştır.
• Soğuk və isti taraftaki effektivlik %82,54'e yükselmiştir.
• Basınç kayıpları 19,38 və 19,79 kPa ilə 20 kPa sınırının altında kalmıştır.
• Doğrudan GA soyuq tarafta yalnızca 1,98 kPa kullanarak hidravlik izni dengesiz bırakmıştır.
• Nihai temsilî yol uzunlukları soyuq tarafta 57, isti tarafta 15 ızgara adımıdır.

Altı koşuldan çıkarılan ortak nəticələr

• Saptırıcılı tasarımlar bütün koşullarda saptırıcısız referansın üzərində \(Q\) üretmiştir.
• Uygulanabilir kazanç aralığı %24,4–%78,6'dır.
• Daha uzun və dar tasarım alanında iyiləştirme oranı düşmüştür.
• Akış dispersiyaı daha dengesiz olan çekirdeklerde saptırıcıların yeniden etkinleştirebildiği səth sahəsi daha fazladır.
• Temsilî yol uzunluğu təzyiq itkisiyla ilişkili olsa da tek başına kesin uygulanabilirlik garantisi vərmemiştir.
• Son beş adayın CFD doğrulaması bazı koşullarda ilk aşama sonucunu küçük fakat ölçülebilir miktarda geliştirmiştir.

Tədqiqatnın güclü tərəfləri

• Aynı ikili tasarım gösterimi və eyni CFD protokolü altında kontrollü alqoritm karşılaştırması yapılmıştır.
• Basınç kaybı, sonradan raporlanan bir çıktı değil doğrudan uygulanabilirlik kısıtı kimi istifadə edilmişdir.
• Isı transferindeki artış hız, temperatur və iki taraftaki axın çizgiləriyle mekanizma düzeyinde incelenmiştir.
• Ağ bşəbəkəımsızlığı tədqiqatsıyla rəqəmsal çözüm duyarlılığı kontrol edilmişdir.
• Farklı TPMS yapıları, hızlar, geometrik derinlikler və basınç sınırları test edilmişdir.
• Ablasyon analiziyle her fiziki ön bilginin hidravlik və termal rolü ayrı ayrı qiymətləndirilmişdir.
• CFD'nin genetik alqoritmnın her adımında kullanılmaması hesablama maliyetini belirgin biçimde azaltmıştır.

Yeniden üretiləbilirlik və yorumlama məhdudiyyətləri

• Akış ön bilgilərini birleştiren \(\lambda\) şəbəkəırlıklarının rəqəmsal değerleri bildirilmemiştir.
• Ceza fonksiyonunun tənliklerde küçültülmesi lazımdırken alqoritm açıklamasında “en yükseğe çıkarılması” ifadesi istifadə edilmişdir.
• Genetik alqoritmnın durma ölçütü və dönüşüm turlarının kesin sayısı ayrıntılı kimi vərilmemiştir.
• TPMS və tasarım alanlarının bütün fiziki ölçüleri ana metinde yeterince ayrıntılı sunulmamıştır.
• Doğrudan GA karşılaştırması altı koşulun yalnızca birinde vardır.
• CFD qiymətləndirmə sayıları karşılaştırılsa da toplam işlemci süresi və donanım bilgisi vərilmemiştir.
• Deneysel prototip doğrulaması yoxdur.
• Malzeme özelliklerinin istilığa bşəbəkəlı değişimi ayrıntılı biçimde raporlanmamıştır.
• Üretim toleransı, minimum basılabilir kanal, destek yapıları və toz temizleme gereksinimleri optimizasyona dâhil edilmemiştir.
• Yapısal gerilme, termal yorulma və basınç dayanımı incelenmemiştir.
• Kirlenme və uzun dönem tədqiqat etkiləri modellenmemiştir.

Mənbə və Metod Qeydi

• Tədqiqatnın tam özgün adı: Baffle optimization for TPMS compact heat exchangers via flow priors under hydraulic constraints
• Yazarlar və sıraları: Lingxin Cao; Xiangjun Wu; Hanyue Xu; Xiaowei Duan; Bingteng Sun; Qiang Du; Dechun Li; Lin Lu
• Eş katkı və ya eş birinci yazarlık: Belirtilmemiştir.
• Sorumlu yazar: Lin Lu
• Sorumlu yazar e-postası: Tədqiqatda belirtilmemiştir.
• Kurum 1: School of Information Science and Engineering, Shandong Univərsity, Qingdao, Shandong, Çin
• Kurum 2: School of Computer Science and Technology, Shandong Univərsity, Qingdao, Shandong, Çin
• Kurum 3: Advanced Gas Turbine Laboratory, Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences, Pekin, Çin
• DOI: 10.2139/ssrn.6944970
• Yayın platformu: SSRN
• Platform işletmecisi: Elsevier
• Özgün yayınevi: Uygulanamaz. SSRN bir preprint platformudur və incelenen sürüm hakemli bir dergi yayını deyil.
• Hakemli dergi: Tədqiqatda kabul edilmiş və ya yayımlanmış bir hakemli dergi adı belirtilmemiştir.
• Yayın yılı: 2026
• Kaynak türü: CFD tabanlı rəqəmsal optimizasyon tədqiqatsı niteliğinde preprint
• Hakemlik durumu: Tədqiqat hakem qiymətləndirməsindən keçməmiştir.
• Resmî SSRN bşəbəkəlantısı:SSRN tədqiqat sayfası
• DOI bşəbəkəlantısı:10.2139/ssrn.6944970

Yüklenen sürüm, DOI və altbilgi kimi SSRN 6944970 kaydını kullanmaktadır. Aynı özgün başlık və yazar listesiyle SSRN 6878424 numaralı daha erken bir kayıt da vardır. Tədqiqat bu iki kayıt arasındaki ilişkinin əvvəlki sürüm, düzeltilmiş sürüm və ya mükerrer kayıt olup olmadığını açıklamamaktadır. Bu nedenle atıf yapılırken incelenen güncel dosyayla eşleşen 10.2139/ssrn.6944970 kullanılmalıdır.

Tədqiqat; National Natural Science Foundation of China tarafından U25A20438, 62472258 və 52488101 numaralı hibelerle, ayrıca Qingdao Postdoctoral Science Foundation tarafından QDBSH20250202009 numaralı hibeyle desteklenmiştir.

Yazar katkı rolleri, vəri və ya kod erişim bşəbəkəlantısı və açık bir çıkar çatışması beyanı tədqiqatda yer almır. Genetik alqoritmnın uygulama kodu, COMSOL model dosyaları və optimize edilmiş bütün ikili divar matrisleri açık bir arşiv bşəbəkəlantısıyla sunulmamıştır.

Bu Türkçe açıklama; tədqiqatnın metni, tənlikləri, alqoritm axın şeması, saptırıcı yerleşimleri, hız və temperatur alanları, axın çizgiləri, təzyiq itkisi grafikleri, istilik ötürülməsi grafikleri, tabloları və ablasiya karşılaştırmaları incelenerek hazırlanmıştır. Bilimsel içerik yalnızca incelenen tədqiqatya dayanmaktadır; dış mənbəlar yalnızca DOI, yazar kaydı, platform və yayın durumunun bibliyografik doğrulanması üçün istifadə edilmişdir.

Tədqiqatnın nəticələrı rəqəmsal tasarım düzeyindedir. Bildirilən %24,4–%78,6 artışlar eksperimental cihaz ölçümleri değil, belirli geometri, axınkan, hız, temperatur və təzyiq itkisi sınırları altında gerçekleştirilən COMSOL simulyasiyalarının nəticələrıdır. Bulguların gerçek ürün performansına dönüştürülebilmesi üçün additiv istehsalla prototip üretimi, basınç və temperatur ölçümleri, kalorimetrik doğrulama, üretim toleransı analizi və uzun dönem dayanıklılık testleri gereklidir.